JPWO2003065427A1 - 露光装置及び露光方法 - Google Patents
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Abstract
目標とする線幅の微細なパターンを高い精度で形成するため、レチクルに照射する照明条件の変更に伴い生じる、基板(4)上における濃度フィルタ(Fj)の減光部(123)の像の幅の変化を、濃度フィルタ(Fj)のレチクル共役面(PL1)に対するデフォーカス量(d)を調整することにより補正する。
Description
技術分野
本発明は、半導体集積回路、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、その他のマイクロデバイス、又はフォトマスク等をリソグラフィ技術を用いて製造する際に使用される露光装置及び露光方法に関する。
背景技術
マイクロデバイスの製造工程の一つであるフォトリソグラフィ工程では、露光対象としての基板(フォトレジストが塗布された半導体ウエハやガラスプレート、又はブランクスと称される光透過性の基板等)にフォトマスク又はレチクル(以下、レチクルと総称する)のパターンの像を投影露光する露光装置が使用される。近時においては、基板の大型化等に伴う被露光領域の大面積化に対応するため、基板の被露光領域を複数の単位領域(以下、ショット又はショット領域という場合がある)に分割して、各ショットに対して対応するパターンの像を順次投影露光するようにしたスティチング型の露光装置が開発されている。
このような露光装置においては、投影光学系の収差、レチクルや基板の位置決め誤差等により、各ショットの継ぎ目部分に不整合が生じることがあるため、一のショットについてのパターンの像の一部とこれに隣接する他のショットについてのパターンの像の一部を重ね合わせて露光するようにしている。かかるパターンの像の重合部においては、露光量が重合部以外の部分に対して大きくなるので、例えば、基板上に形成されたパターンの該重合部における線幅(ライン又はスペースの幅)がフォトレジストの特性に応じて細く又は太くなる。
そこで、各ショットの重合部となる部分の露光量分布をその外側に行くに従って小さくなるように傾斜的に設定して、該重合部の露光量が2回の露光によって全体として、該重合部以外の部分の露光量と等しくなるようにして、かかる重合部における線幅変化を防止するようにしている。
ショットの重合部におけるかかる傾斜的な露光量分布を実現するための技術としては、レチクル自体の該重合部に対応する部分に透過光量を傾斜的に制限する減光部を形成するようにしたものが知られている。しかし、レチクル自体に減光部を形成するのは、レチクルの製造工数やコストが増大し、マイクロデバイス等の製造コストを上昇させる。このため、ガラスプレートに上記と同様な減光部を形成してなる濃度フィルタを、レチクルのパターン形成面とほぼ共役な位置に設けるようにしたもの、あるいは、レチクルのパターン形成面とほぼ共役な位置に光路に対して進退可能な遮光板(ブラインド)を有するブラインド機構を設けて、基板に対する露光処理中に該遮光板を進出又は退去させることにより、かかる傾斜的な露光量分布を実現するようにしたものが開発されている。
ところで、上述した露光装置を用いてレチクルのパターンを基板上に転写する際には、ΔCDのパターン疎密依存性(OPE特性:Optical Proximity Effect)が小さいことが求められる。ここで、ΔCDとは基板上に形成すべきパターンの目標線幅に対するずれ量(線幅誤差)をいう。OPE特性とは、ΔCDがレチクル上のパターンの線幅が同一であっても、そのパターンが孤立パターンであるか、密集パターンであるか、更にはラインであるか、スペースであるかに依存して変化する性質をいう。また、ΔCDの変化の度合いは、単にパターンの疎密のみに依存するだけではなく、レチクルを照明する照明光の波長、投影光学系の開口数(NA)、パターンサイズ、及び照明σ(σ値=照明光学系の射出側開口数/投影光学系の入射側開口数)等に依存することが知られている。
ここで、KrFエキシマレーザ(波長:248nm)光源を備え、開口数が0.75の投影光学系を備える露光装置のOPE特性の一例について説明する。図14は、パターンサイズが360nmであるパターンの疎密度及び照明σを変化させたときのOPE特性を示す図であり、図15は、パターンサイズが200nmであるパターンの疎密度及び照明σを変化させたときのOPE特性を示す図である。ここにいうパターンサイズは基板上におけるパターンのサイズ(線幅)である。図14及び図15において、横軸はラインとスペースとの比率であり、縦軸は、目標線幅からのずれ量(ΔCD)である。
図14を参照すると、パターンサイズが360nmである場合には、ラインとスペースとの比を変化させたときの目標線幅からのずれ量は、照明σを0.55に設定した場合を除き、パターンが孤立ラインになるにつれて悪化する傾向があることが分かる。また、図14の結果から、照明σを0.55に設定したときに、パターンの疎密度を変化させたときの目標線幅からのずれ量の幅(ΔCDの幅)が最小になるため、このパターンサイズ(360nm)に対する最適な照明σは0.55であることが分かる。
次に、図15を参照すると、パターンサイズが200nmである場合には、ラインとスペースとの比を変化させたときの目標線幅からのずれ量は、照明σの設定値に拘わらず、パターンが孤立ラインになるにつれて悪化する傾向があることが分かる。また、図15に示した結果の中で、パターンの疎密度を変化させたときの目標線幅からのずれ量の幅(ΔCDの幅)が最小になるのは、照明σを0.85に設定した場合であるため、パターンサイズ(200nm)に対する最適な照明σは0.85であることが分かる。以上から、OPE特性(ΔCDのパターン疎密依存性)を良好にするためには、パターンサイズ毎に最適な照明σを設定する必要がある。
ところで、例えば上述したOPE特性を良好にするため転写するパターンのパターンサイズ毎に照明σを変更すると、前述したショットの重合部の幅が変化してしまう。この理由は、ショットの重合部において傾斜的な露光量分布を得るため、例えば微少ドットの存在確率を変化させた減光部を有する濃度フィルタを用いた場合に、その微少ドットが解像しないように、濃度フィルタをレチクルのパターン形成面の共役面からずらして配置することがある。このような配置のときには、照明σを変化させると濃度フィルタに対する光束の入射角が変化してしまい、その結果としてショットの重合部の幅が変化する。
図16は、照明σを変化させたときの露光量分布の変化を示す図であり、図17は、照明σを変化させたときの重合部における露光量を示す図である。図16及び図17において、PR0は標準的な値に照明σを設定したときの露光量分布である。また、Wは標準的な値に照明σを設定したときの露光領域の幅(パターンが転写される幅)であり、W0は重合部の幅である。さらに、PR1は照明σを縮小したときの露光量分布であり、PR2は照明σを拡大したときの露光量分布である。
図16及び図17から分かるように、照明σを縮小すると、重合部の幅はW0からW1に縮小変化し、重合部における露光量の勾配が急峻になる。このため、ショットの位置ずれが僅かでも生じていると、位置ずれに対する重合部の露光量が大きく変化し、その結果として位置ずれに対して線幅変化が敏感になる。逆に、照明σを拡大すると、重合部の幅はW0からW2に拡大変化し、重合部における露光量の勾配が緩やかになるため、ショットの位置ずれに対する重合部の露光量の変化は小さくなる。しかしながら、重合部の一部が露光領域外に拡大され、その露光領域外の部分はレチクルに形成されている遮光帯に遮られてしまう。
図17に示すように、標準的な値に照明σを設定した場合には重合部W0における合成露光量PR10は重合部以外の露光量と同一となり、照明σを縮小した場合にも重合部W1における合成露光量PR11は重合部以外の露光量と同一になる。しかしながら、照明σを拡大した場合には重合部W2内の合成露光量PR12が重合部以外の露光量と異なる箇所(図17中符号Qを付した箇所)が生じるため、重合部W2内において線幅変化が生ずる。
このように、従来は、例えばOPE特性を良好にするために、照明σ等の照明条件を変更すると、ショットの位置ずれに対する重合部の合成露光量の変化量が大きくなって線幅変化が敏感になり、また、重合部内における合成露光量が不足する箇所が生じて重合部内において線幅変化が生ずるという問題があった。
発明の開示
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、照明条件を変更しても、重合部における露光量の不足が生じず、且つショットの位置誤差に対して敏感に重合部の露光量の変化が生じず、目標とする線幅の微細なパターンを高い精度(忠実度)で形成することができる露光装置及び露光方法を提供することを目的とする。
以下、この項に示す説明では、本発明を、実施形態を表す図面に示す部材符号に対応付けて説明するが、本発明の各構成要件は、これら部材符号を付した図面に示す部材に限定されるものではない。
本発明の第1の観点によると、感応物体(4)上で周辺部が部分的に重なる複数の領域をそれぞれパターンを介してエネルギービーム(IL)で照射する露光装置において、前記エネルギービームの照射による前記周辺部における積算エネルギー量が徐々に減少する傾斜的な分布となるように設定する設定装置(Fj、BL)と、前記パターンの照明条件の変更に伴い生じる、前記周辺部の幅の変化を補正する補正装置(9、DR1)とを備えた露光装置が提供される。
照明条件を変更すると、積算エネルギー量が傾斜的に設定される当該周辺部の幅が変化し、周辺部とこれに隣接する他の周辺部が重ね合わされる重合部における積算エネルギー量が所望の値にならないことは上述した通りである。これに対して、本発明では、照明条件が変更されても当該周辺部の幅が変化しないように補正装置により補正するようにしたので、照明条件を変更しても、当該重合部の幅を所望の値に設定することができる。従って、当該重合部内で部分的に積算エネルギー量の不足が生じたり、あるいはパターンが転写される領域の位置誤差に対する重合部のエネルギー量の変化が敏感となることが無くなり、当該重合部における積算エネルギー量を均一的に所望の値にすることができるようになる。その結果、目標とする線幅の微細なパターンを高い精度で忠実に形成することができる。
前記設定装置としては、特に限定されないが、前記エネルギービームの前記周辺部に対応する部分における透過エネルギー量を除々に減少させる減衰部を有する濃度フィルタ(Fj)、あるいは前記エネルギービームの前記周辺部に対応する部分で該エネルギービームの照射中に進退する遮光板(127A〜127D)を有するブラインド装置(BL)を含むものを採用することができる。なお、このような設定装置は、前記パターンの近傍又は前記パターンと光学的に共役な面の近傍に配置されることが好ましい。
前記設定装置は、前記濃度フィルタ又は前記ブラインド装置の前記エネルギービームの進路(AX)に沿う方向の位置を調整する位置調整装置(DR1)を含むことができ、この場合において、前記補正装置は、前記照明条件の変更に応じて前記濃度フィルタ又は前記ブラインド装置を該エネルギービームの進路に沿う方向に移動することにより、当該周辺部の幅を補正するようにできる。また、前記エネルギービームの進路(AX)と直交する方向に前記ブラインド装置を移動することによっても、当該周辺部の幅を補正することができる。
前記設定装置として、前記減衰部の幅が互いに異なる複数の濃度フィルタを含むものを採用することができ、この場合において、前記補正装置は、前記照明条件の変更に応じて前記エネルギービームの進路上に配置する前記濃度フィルタを、当該周辺部の幅の変化を補正し得る濃度フィルタに交換することにより、当該周辺部の幅を補正するようにできる。
前記補正装置は、前記設定装置の位置の変更を行わずに、あるいはこれとともに、前記設定装置から前記パターンに至る前記エネルギービームの進路上に配置された光学素子(113、114、116)の光学特性を調整することにより、当該周辺部の幅を補正するようにしてもよい。
周辺部の幅の補正に伴い該周辺部が重ね合わされる重合部と該重合部以外の部分とで、積算エネルギー量に相違が生じる場合、あるいは該積算エネルギー量を積極的に異ならせたい場合には、前記設定装置によって規定される前記エネルギービームの分布と前記パターンとの相対位置を変化させることにより、前記周辺部が重ね合わされる重合部における積算エネルギー量を調整するようにするとよい。
本発明の第2の観点によると、感応物体(4)上で周辺部が部分的に重なる複数の領域にそれぞれパターンを転写するために、前記周辺部での積算エネルギー量が徐々に減少する分布となるように設定する設定装置(FJ,BL)を介して前記各領域をエネルギービームで照射する露光方法であって、前記パターンの構成に応じて照明条件を変更する照明条件変更工程と、前記照明条件に応じて前記周辺部の幅を補正する補正工程とを備えた露光方法が提供される。
この場合において、前記補正工程は、前記設定装置と前記エネルギービームの進路(AX)に沿う方向の位置を調整する位置調整工程を含むことができる。また、前記補正工程は、前記設定装置から前記パターンに至る前記エネルギービームの進路上に配置された光学素子(113、114、116)の光学特性を調整する特性調整工程を含むことができる。
周辺部の幅の補正に伴い該周辺部が重ね合わされる重合部と該重合部以外の部分とで、積算エネルギー量に相違が生じる場合、あるいは該積算エネルギー量を積極的に異ならせたい場合には、前記設定装置によって規定される前記エネルギービームの分布と前記パターンとの相対位置を変化させることにより、前記周辺部が重ね合わされる重合部における積算エネルギー量を調整するエネルギー量調整工程をさらに備えるとよい。
本発明の第3の観点によると、本発明の第2の観点に係る露光方法を用いて物体上に回路パターンを形成する工程を含むデバイス製造方法が提供される。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図であり、この露光装置は、ステップ・アンド・リピート方式のスティチング型投影露光装置である。なお、以下の説明においては、図1中に示されたXYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。XYZ直交座標系は、X軸及びZ軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Y軸が紙面に対して垂直となる方向に設定されている。図中のXYZ座標系は、実際にはXY平面が水平面に平行な面に設定され、Z軸が鉛直上方向に設定される。
図1において、光源100からの光(ここでは、波長248nmのKrFエキシマレーザとする)としての紫外パルス光IL(以下、露光光ILと称する)は、照明光学系1との間で光路を位置的にマッチングさせるための可動ミラー等を含むビームマッチングユニット(BMU)101を通り、パイプ102を介して光アッテネータとしての可変減光器103に入射する。
主制御系9は基板4上のレジストに対する露光量を制御するため、光源100との間で通信することにより、発光の開始及び停止の制御、発振周波数及びパルスエネルギーで定まる出力の制御を行うとともに、可変減光器103における露光光ILに対する減光率を段階的又は連続的に調整する。
可変減光器103を通った露光光ILは、所定の光軸に沿って配置されるレンズ系104、105よりなるビーム整形光学系を経て、オプチカル・インテグレータ(ホモジナイザー)106に入射する。本例では、オプチカル・インテグレータ106としてフライアイレンズを用いるので、以下ではオプチカル・インテグレータをフライアイレンズ106とも呼ぶ。ここで、オプチカル・インテグレータ106としてフライアイレンズを用いる代わりに、ロッドインテグレータ(内面反射型インテグレータ)あるいは回折光学素子などを採用してもよい。なお、フライアイレンズ106は、照度分布均一性をさらに高めるために、直列に2段配置してもよい。
フライアイレンズ106の射出面には開口絞り系107が配置されている。開口絞り系107には、通常照明用の円形の開口絞り、複数の偏心した小開口よりなる変形照明用の開口絞り、輪帯照明用の開口絞り等が切り換え自在に配置されている。従って、本例では開口絞り系107により照明光学系1の瞳面上での露光光ILの光量分布(2次光源の大きさ(照明σに相当)や形状)、即ちマスターレチクルRiの照明条件を任意に変更可能となっている。なお、開口絞り系107の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば照明光学系1の瞳面上で異なる領域に露光光ILを分布させるために、照明光学系1内に交換して配置される複数の回折光学素子、照明光学系1の光軸方向に関する間隔を可変とするために、少なくとも1つが照明光学系1の光軸AXに沿って可動である複数のプリズム(円錐プリズム、多面体プリズムなど)、及びズーム光学系の少なくとも1つを含む光学ユニット(照明条件変更装置)を、光源100(特に可変減光器103、又はレンズ系104,105)オプチカル・インテグレータ106との間に配置し、オプチカル・インテグレータ106がフライアイレンズであるときはその入射面上での露光光ILの強度分布、オプチカル・インテグレータ106が内面反射型インテグレータであるときはその入射面に対する露光光ILの入射角度範囲などを可変とすることで、前述の照明条件の変更に伴う光量損失を抑えることが望ましい。また、本例では内面反射型インテグレータによって形成される複数の光源像(虚像)をも2次光源と呼ぶものとする。さらに、本例における照明条件の変更は照明σ、即ち2次光源の大きさだけでなくその形状の変更も含むものである。
フライアイレンズ106から射出されて開口絞り系107の所定の開口絞りを通過した露光光ILは、透過率が高く反射率が低いビームスプリッタ108に入射する。ビームスプリッタ108で反射された光は光電検出器よりなるインテグレータセンサ109に入射し、インテグレータセンサ109の検出信号は不図示の信号線を介して主制御系9に供給される。
ビームスプリッタ108の透過率及び反射率は予め高精度に計測されて、主制御系9内のメモリに記憶されており、主制御系9は、インテグレータセンサ109の検出信号より間接的に投影光学系3を通る露光光ILの基板4上での強度(又は光量)をモニタできるように構成されている。
ビームスプリッタ108を透過した露光光ILは、レチクルブラインド機構110に入射する。レチクルブラインド機構110は、4枚の可動式のブラインド(遮光板)111(A〜D)及びその駆動機構(例えばリニアモータなど)を備えて構成されている。本実施形態では、レチクルブラインド機構110はその4枚のブラインド111が照明光学系1内でマスターレチクルRiのパターン形成面と実質的に共役な面に配置されており、これら4枚のブラインド111をそれぞれ適宜な位置に設定することにより、投影光学系3の視野(本例では円形)内に矩形状の照明領域が形成される。なお、照明光学系1内で4枚のブラインド111をマスターレチクルRiのパターン形成面との共役面から離して配置する、例えば濃度フィルタFiとほぼ共役に配置してもよい。
レチクルブラインド機構110のブラインド111により矩形状に整形された露光光ILは、フィルタステージFS上に載置された設定装置(減光部材)としての濃度フィルタFjに入射する。本実施形態では、濃度フィルタFjはレチクルブラインド機構110、即ち照明光学系1内でマスターレチクルRiのパターン形成面と実質的に共役な面から所定距離だけ離れて配置されている。濃度フィルタFj(ここでは、F1〜F9の9枚とする)は、基本的に図2Aに示されているような構成である。図2Aは、濃度フィルタFjの構成の一例を示す上面図である。この濃度フィルタFjは、例えば石英ガラス、またはフッ素がドープされた石英ガラスなどのような光透過性の基板上に、クロム等の遮光性材料を蒸着した遮光部121と、該遮光性材料を蒸着しない透光部122と、該遮光性材料をその存在確率を変化させながら蒸着した減光部(減衰部)123とを有している。
減光部123は、ドット状に遮光性材料を蒸着したもので、ドットサイズは、濃度フィルタFjを図1に示した位置に設置している状態で、本例では濃度フィルタFjとマスターレチクルRiとの間に配置される複数の光学素子(112〜116)を有する光学系の解像限界以下となるものである。そのドットは、内側(透光部122側)から外側(遮光部121側)に行くに従って傾斜直線的に減光率が高くなるようにその存在確率を増大させて形成されている。但し、そのドットは、内側から外側に行くに従って曲線的に減光率が高くなるようにその存在確率を増大させて形成されていてもよい。
なお、ドット配置方法は、透過率を同一とする所定領域でドットを同一ピッチPで配置するよりも、Pに対して、ガウス分布をもつ乱数Rを各ドット毎に発生させたものを加えたP+Rで配置するのがよい。その理由は、ドット配置によって回折光が発生し、場合によっては照明系の開口数(NA)を超えて感光基板まで光が届かない現象が起き、設計透過率からの誤差が大きくなるためである。
また、ドットサイズは全て同一サイズが望ましい。その理由は、複数種のドットサイズを使用していると、前述の回折による設計透過率からの誤差が発生した場合に、その誤差が複雑、即ち透過率補正が複雑になるからである。ところで、濃度フィルタの描画は、ドット形状誤差を小さくするため高加速EB描画機で描画するのが望ましく、またドット形状は、プロセスによる形状誤差が測定しやすい長方形(正方形)が望ましい。形状誤差がある場合は、その誤差量が計測可能であれば透過率補正がしやすい利点がある。
遮光部121には、複数のアライメント用のマーク124A,124B,124C,124Dが形成されている。これらのマーク124A,124B,124C,124Dは、図2Aに示されているように、濃度フィルタFjの遮光部121の一部を除去して、矩形状あるいはその他の形状の開口(光透過部)124A,124B,124C,124Dを形成して、該マークとすることができる。また、図2Bに示したマークを用いることもできる。図2Bは濃度フィルタFjに形成されるマークの一例を示す上面図である。図2Bでは、複数のスリット状の開口からなるスリットマーク125を採用している。このスリットマーク125は、X方向及びY方向の位置を計測するために、Y方向に形成されたスリットをX方向に配列したマーク要素と、X方向に形成されたスリットをY方向に配列したマーク要素とを組み合わせたものである。濃度フィルタFjの位置及び投影倍率は、マーク124A,124B,124C,124Dの位置情報を計測した結果に基づいて調整される。
なお、濃度フィルタに設けるマークの数は4つに限られるものではなく、濃度フィルタの設定精度などに応じて少なくとも1つを設けておけばよい。さらに、本例では照明光学系の光軸と中心がほぼ一致するように濃度フィルタが配置され、その中心(光軸)に関して対称に4つのマークを設けるものとしたが、濃度フィルタに複数のマークを設けるときはその中心に関して点対称とならないようにその複数のマークを配置する、あるいはその複数のマークは点対称に配置し、別に認識パターンを形成することが望ましい。これは、照明光学系内に濃度フィルタを配置してエネルギー分布を計測した後にその濃度フィルタを取り出してその修正を加えて再設定するとき、結果として照明光学系の光学特性(ディストーションなど)を考慮して濃度フィルタの修正が行われているため、その濃度フィルタが回転して再設定されると、その修正が意味をなさなくなるためであり、元の状態で濃度フィルタを再設定可能とするためである。
フィルタステージFSは、保持している濃度フィルタFjをXY平面内で回転方向及び並進方向に微動又は移動する。不図示のレーザ干渉計によって、フィルタステージFSのX座標、Y座標、及び回転角が計測され、この計測値、及び主制御系9からの制御情報によってフィルタステージFSの動作が制御される。また、本実施形態では、フィルタステージFSがZ方向に移動可能に構成されている。
前述したように、濃度フィルタFjの減光部123は、ドット状に遮光性材料を蒸着したものであり、このドットがレチクル上で解像しないように、濃度フィルタFjは、マスターレチクルのパターン形成面と共役な面から一定量デフォーカスした位置に配置されている。このため、開口絞り系107によって照明光学系1の射出側開口数(照明σ)などを変更して濃度フィルタFjに入射する光束の入射角(入射角度範囲)を変化させると、マスターレチクルRi上における減光部123の基板4上における像の幅の変化、ひいては基板4上における重合部の幅が変化する。このため、本実施形態では、マスターレチクルのパターン形成面と共役な面に対する濃度フィルタFjのデフォーカス量を制御することにより、上記の重合部の幅の変化を補正している。なお、デフォーカス量の制御方法の詳細については後述する。また、前述の照明σ、即ち2次光源の大きさだけでなくその形状を変更しても、同様に濃度フィルタFjに入射する光束の入射角度範囲が変化することになる。
濃度フィルタFjのZ方向の位置及びZ方向チルト量については、例えば試料台5に少なくとも一部が設けられ、濃度フィルタFjのマークを撮像素子で検出する装置などを用い、濃度フィルタFjを光軸方向に移動して複数Z位置でマーク124A,124B,124C,124D又はマーク125を計測し、信号強度又は信号コントラストが最大となるZ位置をベストフォーカスとし、このベストフォーカス位置を基準として上記のデフォーカス量を制御する。
本実施形態においては、フィルタステージFSの側方に棚状のフィルタライブラリ16aが配置され、このフィルタライブラリ16aはZ方向に順次配列されたL(Lは自然数)個の支持板17aを有し、支持板17aに濃度フィルタF1,…,FLが載置されている。フィルタライブラリ16aは、スライド装置18aによってZ方向に移動自在に支持されており、フィルタステージFSとフィルタライブラリ16aとの間に、回転自在でZ方向に所定範囲で移動できるアームを備えたローダ19aが配置されている。主制御系9がスライド装置18aを介してフィルタライブラリ16aのZ方向の位置を調整した後、ローダ19aの動作を制御して、フィルタライブラリ16a中の所望の支持板17aとフィルタステージFSとの間で、所望の濃度フィルタF1〜FLを受け渡しできるように構成されている。また、詳細は後述するが、マスターレチクルRiは複数のマスターレチクルR1〜RNの何れかであり、それぞれ親パターン36を分割した親パターンP1〜PNが形成されたレチクルである。
本実施形態では、濃度フィルタFjは、図3A〜図3Iに示されているように、F1〜F9の9枚が設けられている。図3A〜図3Iは、本発明の実施形態に係る露光装置が備える濃度フィルタの構成を示す図である。これらは、相互に減光部123の形状又は位置が異なっており、露光処理を行うべきショット領域の4辺について、隣接するショット領域間でパターンの像が重ね合わされる部分である重合部(以下、画面継ぎ部ともいう)が有るか否かに応じて選択的に使用される。
即ち、ショット領域配列がp(行)×q(列)の行列である場合、ショット領域(1,1)については図3Aの濃度フィルタが、ショット領域(1,2〜q−1)については図3Bの濃度フィルタが、ショット領域(1,q)については図3Cの濃度フィルタが、ショット領域(2〜p−1,1)については図3Dの濃度フィルタが、ショット領域(2〜p−1,2〜q−1)については図3Eの濃度フィルタが、ショット領域(2〜p−1,q)については図3Fの濃度フィルタが、ショット領域(p,1)については図3Gの濃度フィルタが、ショット領域(p,2〜q−1)については図3Hの濃度フィルタが、ショット領域(p,q)については図3Iの濃度フィルタが使用される。
なお、濃度フィルタFjとしては、上述のような9種類に限定されることはなく、ショット形状若しくはショット配列に応じて、その他の形状の減光部123を有するものを採用することができる。
濃度フィルタFjを90度又は180度回転させて使用できるようにすれば、例えば、図3A、図3B及び図3Eの3種類の濃度フィルタFjを準備すれば、その余の濃度フィルタは不要となり効率的である。さらには、濃度フィルタFjは図3Eに示すもの(即ち、詳細構成が図2Aに示されるもの)1種類とし、レチクルブラインド機構110の4枚のブラインド111の位置を選択的に設定して、また、マスターレチクルRiの遮光帯を利用して、減光部123の4辺のうちの一又は複数を対応するブラインド111で遮蔽するようすれば、単一の濃度フィルタで、図3A〜図3Iに示したような濃度フィルタ、その他の濃度フィルタの機能を実現することができ、高効率的である。
また、濃度フィルタFjとしては、上述のようなガラス基板上にクロム等の遮光性材料で減光部や遮光部を形成したもののみならず、液晶素子等を用いて遮光部や減光部の位置、減光部の減光特性を必要に応じて変更できるようにしたものを用いることもでき、この場合には、濃度フィルタを複数準備する必要がなくなるとともに、製造するワーキングレチクル(マイクロデバイス)の仕様上の各種の要請に柔軟に対応することができ、高効率的である。
濃度フィルタFjを通過した露光光ILは、反射ミラー112及びコンデンサレンズ系113、結像用レンズ系114、反射ミラー115、及び主コンデンサレンズ系116を介して、マスターレチクルRiの回路パターン領域上でブラインド111の矩形状の開口部と相似な照明領域(マスターレチクルRiに露光光ILが照射される領域)を一様な強度分布で照射する。即ち、ブラインド111の開口部の配置面は、コンデンサレンズ系113、結像用レンズ系114、及び主コンデンサレンズ系116との合成系によってマスターレチクルRiのパターン形成面とほぼ共役となっている。
なお、本実施形態では、コンデンサレンズ系113、結像用レンズ系114、及び主コンデンサレンズ系116の少なくとも1つは、照明光学系1、特に濃度フィルタFjとマスターレチクルRiとの間に配置されるその一部(本例では光学系112〜116)の光学特性(フォーカス位置、収差等)を可変とするために可動に構成されており、主制御系9の制御の下で光学特性の制御(調整)が行われる。照明光学系1の少なくとも一部、即ち光学系112〜116(後述する光学部材に対応)の光学特性を可変(調整可能)とするのは、照明光学系1(即ち、前述の開口絞り系107又は光学ユニット)によるマスターレチクルRiの照明条件の変更によって生じるマスターレチクルRi上における濃度フィルタFjの減光部123の基板4上における像の幅の変化、ひいては基板4上における重合部の幅の変化を補正するためである。
このように、本実施形態では、上記の減光部123の像の幅の変化を補正するために、フィルタステージFSがZ方向に可変に構成され、コンデンサレンズ系113等の光学特性が可変に構成されている。濃度フィルタFjの減光部123の像の幅の変化を補正するには、濃度フィルタFjのZ方向の位置制御のみで行っても良く、コンデンサレンズ系113等の光学特性の調整のみで行ってもよい。また、濃度フィルタFjのZ方向の位置制御とコンデンサレンズ系113等の光学特性の調整とを組み合わせて行ってもよい。
照明光学系1から射出された露光光ILにより、レチクルステージ2に保持されたマスターレチクルRiが照明される。レチクルステージ2には、i番目(i=1〜N)のマスターレチクルRiが保持されている。レチクルステージ2の側方に棚状のレチクルライブラリ16bが配置され、このレチクルライブラリ16bはZ方向に順次配列されたN(Nは自然数)個の支持板17bを有し、支持板17bにマスターレチクルR1,…,RNが載置されている。
レチクルライブラリ16bは、スライド装置18bによってZ方向に移動自在に支持されており、レチクルステージ2とレチクルライブラリ16bとの間に、回転自在でZ方向に所定範囲で移動できるアームを備えたローダ19bが配置されている。主制御系9がスライド装置18bを介してレチクルライブラリ16bのZ方向の位置を調整した後、ローダ19bの動作を制御して、レチクルライブラリ16b中の所望の支持板17bとレチクルステージ2との間で、所望のマスターレチクルF1〜FLを受け渡しできるように構成されている。
マスターレチクルRiの照明領域内のパターンの像は、投影光学系3を介して縮小倍率1/α(αは例えば5、又は4等)で、ワーキングレチクル用の基板(ブランクス)4の表面に投影される。
レチクルステージ2は、保持しているマスターレチクルRiをXY平面内で回転方向及び並進方向に移動する。レチクルステージ2には不図示のレーザ干渉計が設けられており、このレーザ干渉計によって、レチクルステージ2のX座標、Y座標、及び回転角が計測され、この計測値、及び主制御系9からの制御情報によってレチクルステージ2の動作が制御される。また、レチクルステージ2は、投影光学系3の光軸AX方向に移動可能に構成されるとともに、光軸AXに対する角度を変更可能に構成されている。これにより、マスターレチクルRiのZ方向の位置及び姿勢をそれぞれ調整することができる。これらは、主制御系9からの制御情報によって制御される。
一方、感応物体としての基板4は、基板の変形による位置ずれが起きないように、本例では3本のピンで構成されるホルダ上に無吸着またはソフト吸着され、この基板ホルダは試料台5上に固定され、試料台5は基板ステージ6上に固定されている。なお、基板ホルダとしてピンチャックホルダなどを用いて基板4を保持してもよい。試料台5は、オートフォーカス方式で基板4のフォーカス位置(光軸AX方向の位置)、及び傾斜角を制御することによって、基板4の表面を投影光学系3の像面に合わせ込む。この試料台5上には位置決め用の基準マーク部材12及び基板4上での露光光ILの照度分布を検出する照度分布検出センサ(いわゆる照度ムラセンサ)126が固定されている。また、基板ステージ6は、ベース7上で例えばリニアモータによりX方向、Y方向に試料台5(基板4)を移動し位置決めする。
また、試料台5の上部には移動鏡8mが固定されており、この移動鏡8mにはレーザ干渉計8が対向して配置されている。なお、図1においては、図示を簡略化しているが、移動鏡8mは、試料台5上においてX方向に延びた移動鏡とY方向に延びた移動鏡とが設けられており、各々の移動鏡に対向してレーザ干渉計が設けられている。レーザ干渉計8によって試料台5のX座標、Y座標、及び回転角が計測され、この計測値がステージ制御系10、及び主制御系9に供給されている。ステージ制御系10は、その計測値、及び主制御系9からの制御情報に基づいて、基板ステージ6のリニアモータ等の動作を制御する。さらに、図1においては図示を省略しているが、レチクルステージ2に設けられたレーザ干渉計からの計測結果が主制御系9に供給されており、この計測結果に応じて主制御系9はレチクルステージ2のX座量、Y座標、及び回転角、Z座標、及び光軸AXに対する角度を制御する。なお、前記移動鏡の代わりに、例えば試料台5の端面(側面)を鏡面加工して形成される反射面を用いてもよい。
次に、照度分布検出センサ126の詳細について説明する。図4A及び図4Bは照度分布検出センサ126の構成を示す図である。この照度分布検出センサ126は、露光光ILが投影光学系3を介して照明されている状態で基板ステージ6を基板4に水平な面内で移動させることにより露光光ILの空間分布、即ち露光光の強度分布(照度分布)を計測するためのものである。図4Aに示すように、照度分布検出センサ126は、矩形(本実施形態においては正方形)状の開口(又はピンホール)54を有する遮光板55の下側に光電センサ56を設けて構成され、光電センサ56による検出信号は、主制御系9に出力される。なお、開口54の下側に光電センサ56を設けずに、ライトガイドなどにより光を導いて他の部分で光電センサなどにより受光量を検出するようにしてもよい。
遮光板55は、通常石英等の基板にクロム(Cr)等の金属を蒸着することにより形成されるが、クロム等の金属を蒸着すると、遮光板55上に露光された露光光の反射率が高く露光光の反射量が多い。その結果、遮光板55による反射光が投影光学系やレチクルで反射されることによりフレアが発生する。この照度分布検出センサ126は、基板4が露光されるときの露光光の照度分布を計測するために設けられるものであり、実際の露光時における露光光の照度分布を計測することが最も好ましい。しかし、露光光の照度分布の計測を行う際に、実際の露光時の状況と異なる状況、つまり露光光の反射量が多くなる状況があると、実際の露光時における露光光の照度分布を正確に計測することができない。
そこで、本実施形態においては、露光時における実際の露光光の照度分布になるべく近い計測を行うために、遮光板55上面の反射率を、基板4の反射率とほぼ同程度として反射光による影響を低減している。遮光板55の上面には露光光の波長域において基板4の反射率と同程度の反射率を有する膜が形成されている。この膜を実現するためには、例えば、図4Bに示すように、石英の透明基板57上にクロム58を蒸着し、さらにクロム58上に酸化クロムの薄膜59を形成し、その上に基板4に塗布されるフォトレジストと同じフォトレジスト60を同じ膜厚で塗布してもよい。このような遮光板55上面の反射率は、その表面に形成される膜の材質のみならず、膜厚や構成(積層数、各層厚、各層の材質等)適宜に選択することにより調整することができる。基板4に反射防止膜等が形成されている場合には、そのような条件の全てをも考慮して、該遮光板55上面の反射率を設定する。
かかる照度分布検出センサ126を用いて、遮光板55に形成された開口54を通過してきた露光光を、基板ステージ6を基板4表面に水平な面内で移動させつつ計測することにより、実際の露光時における露光光の照度分布とほぼ同じ照度分布を計測することができる。
また、主制御系9には、磁気ディスク装置等の記憶装置11が接続され、記憶装置11に、露光データファイルが格納されている。露光データファイルには、マスターレチクルR1〜RNの設計情報、マスターレチクルR1〜RNの相互の位置関係、マスターレチクルR1〜RNに対応する濃度フィルタF1〜FLの対応関係、アライメント情報等が記録されている。
本実施形態による露光装置は、複数のマスターレチクルを用いて、基板上で周辺部が部分的に重なる複数のショット領域をそれぞれ露光する、即ちショット間の重ね継ぎ露光を行うものである。この露光装置は、半導体集積回路を製造する際に用いられるのみならず、レチクルを製造する際にも用いられる。なお、1つのショット領域で複数のパターンを用いて重ね継ぎ露光を行っても良い。ここで、マスターレチクルRiとこの露光装置を用いて製造されるレチクル、即ちワーキングレチクルの製造方法の概略について説明する。
図5は、マスターレチクルRiを用いてレチクル(ワーキングレチクル)を製造する際の製造工程を説明するための図である。図5中に示したワーキングレチクル34が最終的に製造されるレチクルである。このワーキングレチクル34は、石英ガラス等からなる光透過性の基板(ブランクス)の一面に、クロム(Cr)、ケイ化モリブデン(MoSi2等)、又はその他のマスク材料によって転写用の原版パターン27を形成したものである。また、その原版パターン27を挟むように2つのアライメントマーク24A,24Bが形成されている。
ワーキングレチクル34は、光学式の投影露光装置の投影光学系を介して、1/β倍(βは1より大きい整数、又は半整数等であり、一例として4,5,又は6等)の縮小投影で使用されるものである。即ち、図5において、ワーキングレチクル34の原版パターン27の1/β倍の縮小像27Wを、フォトレジストが塗布されたウエハW上の各ショット領域48に露光した後、現像やエッチング等を行うことによって、その各ショット領域48に所定の回路パターン35が形成される。
図5において、まず最終的に製造される半導体デバイスのあるレイヤの回路パターン35が設計される。回路パターン35は直交する辺の幅がdX,dYの矩形の領域内に種々のライン・アンド・スペースパターン(又は孤立パターン)等を形成したものである。この実施形態では、その回路パターン35をβ倍して、直交する辺の幅がβ・dX,β・dYの矩形の領域からなる原版パターン27をコンピュータの画像データ上で作成する。β倍は、ワーキングレチクル34が使用される投影露光装置の縮小倍率(1/β)の逆数である。なお、反転投影されるときは反転して拡大される。
次に、原版パターン27をα倍(αは1より大きい整数、又は半整数等であり、一例として4,5,又は6等)して、直交する辺の幅がα・β・dX,α・β・dYの矩形の領域よりなる親パターン36を画像データ上で作成し、その親パターン36を縦横にそれぞれα個に分割して、α×α個の親パターンP1,P2,P3,…,PN(N=α2)を画像データ上で作成する。図5では、α=5の場合が示されている。なお、倍率αはワーキングレチクル34の製造に用いられる投影露光装置の投影倍率(本例では図1中の投影光学系3の倍率)の逆数である。また、この親パターン36の分割数αは、必ずしも原版パターン27から親パターン36への倍率αに合致させる必要はないし、縦横で分割数を同数としなくてもよい。その後、それらの親パターンPi(i=1〜N)について、それぞれ電子ビーム描画装置(又はレーザビーム描画装置等も使用できる)用の描画データを生成し、その親パターンPiをそれぞれ等倍で、親マスクとしてのマスターレチクルRi上に転写する。
例えば、1枚目のマスターレチクルR1を製造する際には、石英ガラス等の光透過性の基板上にクロム、又はケイ化モリブデン等のマスク材料の薄膜を形成し、この上に電子線レジストを塗布した後、電子ビーム描画装置を用いてその電子線レジスト上に1番目の親パターンP1の等倍の潜像を描画する。その後、電子線レジストの現像を行ってから、エッチング、及びレジスト剥離等を施すことによって、マスターレチクルR1上のパターン領域20に親パターンP1が形成される。
また、マスターレチクルR1上には、親パターンP1に対して所定の位置関係で2次元マークよりなるアライメントマーク21A,21Bを形成しておく。同様に他のマスターレチクルRiにも、電子ビーム描画装置等を用いてそれぞれ親パターンPi、及びアライメントマーク21A,21Bが形成される。このアライメントマーク21A,21Bは、基板又は濃度フィルタに対する位置合わせに使用される。
このように、電子ビーム描画装置(又はレーザビーム描画装置)で描画する各親パターンPiは、原版パターン27をα倍に拡大したパターンであるため、各描画データの量は、原版パターン27を直接描画する場合に比べて1/α2程度に減少している。さらに、親パターンPiの最小線幅は、原版パターン27の最小線幅に比べてα倍(例えば5倍、又は4倍等)であるため、各親パターンPiは、それぞれ従来の電子線レジストを用いて電子ビーム描画装置によって短時間に、かつ高精度に描画できる。また、一度N枚のマスターレチクルR1〜RNを製造すれば、後はそれらを繰り返し使用することによって、必要な枚数のワーキングレチクル34を製造できるため、マスターレチクルR1〜RNを製造するための時間は、大きな負担ではない。
このようにして製造されたN枚のマスターレチクルRiを用い、マスターレチクルRiの親パターンPiの1/α倍の縮小像を画面継ぎを行いながら転写することによりワーキングレチクル34が製造される。
以上説明したワーキングレチクル34を製造する際には、例えば前述したOPE特性を良好にするために、マスターレチクルRiに形成されているパターンの疎密等に応じて照明σ等の照明条件が設定される。照明σ等の照明条件を変更した場合には、前述した通りマスターレチクルRi上における濃度フィルタFjの減光部123の像の幅の変化、ひいては基板4上における重合部の幅の変化が生ずる。以下、この幅の変化の補正方法について詳細に説明する。
図6は、図1中のブラインド111から基板4までの光路中に配置される光学部材を示す図であり、図7は、照明σ等の照明条件を変更したときの濃度フィルタFjの減光部123の像の幅の変化を示す図である。
図6に示すように、マスターレチクルRiと共役な面PL1(以下、レチクル共役面PL1という)の近傍にはブラインド111及び、濃度フィルタFjが配置される。このレチクル共役面PL1とマスターレチクルRiとの間の光学部材(コンデンサレンズ系113、結像用レンズ系114、及び主コンデンサレンズ系116)の投影倍率をMとし、マスターレチクルRiと基板4との間に配置される投影光学系3の投影倍率をN(=1/α)とする。なお、以下の説明ではその光学部材(光学系)が拡大系であるものとして、M=2、N=1/4とし、投影光学系3の開口数を0.75とする。
また、図7に示すように、減光部123の幅をaとし、レチクル共役面PL1からの濃度フィルタFjのデフォーカス量をdとする。ここで、露光光ILの入射角をθとすると、レチクル共役面PL1での露光光ILの開口数NA1、マスターレチクルRiの位置での露光光ILの開口数NA2、及び基板4の位置での露光光ILの開口数NA3はそれぞれ以下の(1)式〜(3)式で表される。
NA1=sinθ ……(1)
NA2=sinθ/M ……(2)
NA3=sinθ/(M・N) ……(3)
さらに、レチクル共役面PL1に対して濃度フィルタFjがデフォーカスしているため、レチクル共役面PL1における減光部123の像の幅WG1、マスターレチクルRiの位置での減光部123の像の幅WG2、及び基板4の位置での減光部123の像の幅WG3はそれぞれ以下の(4)式〜(6)式となる。
WG1=a+2・d・tanθ+b ……(4)
WG2=(a+2・d・tanθ+b)・M ……(5)
WG3=(a+2・d・tanθ+b)・M・N ……(6)
なお、上記(4)式〜(6)式中において、bは照明光学系1の収差等によって生ずるぼけ量である。
ここで、図14に示したように、基板4上におけるパターンサイズが360nmであるパターンを転写する場合には、照明σを0.55に設定したとき、つまり基板4上における露光光ILの開口数NA3が0.75×0.55=0.413であるときに、OPE特性が最も良好であった。このとき、基板4に照射される露光光ILの入射角は上記(3)式から以下の通り求められる。
sinθ=NA3・M・N
=0.75×0.55×2×(1/4)
=0.206
θ = 11.9度
また、基板4の位置での減光部123の像の幅WGを、例えば1000μm(1mm)にするためには、上記(6)式から、減光部123の幅a、レチクル共役面PL1からの濃度フィルタFjのデフォーカス量d、及び照明光学系1の収差等によって生ずるぼけ量bを、例えば以下の通り設定すればよい。
a=1368μm
d=1500μm
b=0μm
ここで、基板4上におけるパターンサイズが360nmであるパターンに替えて、パターンサイズが200nmであるパターンを転写する場合には、図15を用いて説明したように、照明σを0.85に設定したとき、つまり基板4上における露光光ILの開口数NA3が0.75×0.85=0.638であるときに、OPE特性が最も良好であった。このとき、基板4に照射される露光光ILの入射角は上記(3)式から以下の通り求められる。
sinθ=NA3・M・N
=0.75×0.85×2×(1/4)
=0.319
θ = 18.6度
従来は、照明条件(本例では照明σ、即ちコヒーレンスファクター)の変更時にレチクル共役面PL1に対する濃度フィルタFjのデフォーカス量dを変化させていないため、照明σを0.55から0.85に変化させると、上記(6)式から基板4の位置での減光部123の像の幅WG3は、1189μmに拡大してしまう。
ここで、上記(6)式を参照すると、基板4の位置での減光部123の像の幅WG3は、減光部123の幅a、レチクル共役面PL1からの濃度フィルタFjのデフォーカス量d、露光光ILの入射角θ、照明光学系1の収差等によって生ずるぼけ量b、レチクル共役面PL1とマスターレチクルRiとの間の光学部材の拡大倍率M、及び投影光学系3の縮小倍率Nによって定まる。従って、これら6つのパラメータの少なくとも1つを可変とすることで、基板4の位置での減光部123の像の幅WG3を調整可能となる。本実施形態では、これらのパラメータの内、駆動機構DR1(図6参照)により可変が容易なレチクル共役面PL1からの濃度フィルタFjのデフォーカス量dを制御することにより、基板4の位置での減光部123の像の幅WG3を調整している。
具体的には、(6)式を変形すると、以下の(7)式となる。
d=(WG3/(M・N)−a−b)/(2・tanθ) ……(7)
この(7)式において、WG3=1000μmにするとともに、θ=18.6度とすると、d=940μmとなる。よって、基板4上におけるパターンサイズが360nmであるパターンを転写するために0.55に設定されていた照明σを、パターンサイズが200nmであるパターンを転写するために、0.85に変化させたときには、併せてレチクル共役面PL1に対する濃度フィルタFjのデフォーカス量を1500μmから940μmに変更すればよい。このように、本実施形態においては、マスターレチクルRiに形成されているパターンサイズ及びその疎密に応じて、OPE特性が最良となるように照明光学系1によるマスターレチクルRiの照明条件(例えば、照明σ)を変更するとともに、濃度フィルタFjのZ方向の位置を調整することにより、基板4上における濃度フィルタFjの減光部123の像の幅WG3を調整しつつマスターレチクルRiのパターンを基板4上に転写している。なお、主制御系9は、記憶装置11内の露光データファイルに格納されているマスターレチクルR1〜RNの設計情報に基づき、前述の開口絞り系107又は光学ユニットによって基板4上に転写すべきパターン毎に最適な照明条件を設定するとともに、濃度フィルタFjのZ方向の位置を調整することが好ましい。また、マスターレチクルR1〜RN毎に設定する照明光学系1の照明条件及びレチクル共役面PL1に対する濃度フィルタFjのデフォーカス量dを予め求めておき、その実測値(又は計算値)をマスターレチクルR1〜RNに対応させて記憶装置11に記憶させておくようにしてもよい。
さて、このようにマスターレチクルR1〜RNの縮小像を基板4上に投影露光する際には、隣接する縮小像間の画面継ぎ(つなぎ合わせ)を高精度に行う必要がある。このアライメントのために、本実施形態の投影露光装置にはレチクル及び基板用のアライメント機構が備えられている。
図8は、レチクルのアライメント機構を示し、この図8において、試料台5上で基板4の近傍に光透過性の基準マーク部材12が固定され、基準マーク部材12上にX方向に所定間隔で例えば十字型の1対の基準マーク13A,13Bが形成されている。また、基準マーク13A,13Bの底部には、露光光ILから分岐された照明光で投影光学系3側に基準マーク13A,13Bを照明する照明系が設置されている。マスターレチクルRiのアライメント時には、図1の基板ステージ6を駆動することによって、図8に示すように、基準マーク部材12上の基準マーク13A,13Bの中心がほぼ投影光学系3の光軸AXに合致するように、基準マーク13A,13Bが位置決めされる。
また、マスターレチクルRiのパターン面(下面)のパターン領域20をX方向に挟むように、一例として十字型の2つのアライメントマーク21A,21Bが形成されている。基準マーク13A,13Bの間隔は、アライメントマーク21A,21Bの投影光学系3による縮小像の間隔とほぼ等しく設定されており、上記のように基準マーク13A,13Bの中心をほぼ光軸AXに合致させた状態で、基準マーク部材12の底面側から露光光ILと同じ波長の照明光で照明することによって、基準マーク13A,13Bの投影光学系3による拡大像がそれぞれマスターレチクルRiのアライメントマーク21A,21Bの近傍に形成される。
これらのアライメントマーク21A,21Bの上方に投影光学系3側からの照明光を±X方向に反射するためのミラー22A,22Bが配置され、ミラー22A,22Bで反射された照明光を受光するようにTTR(スルー・ザ・レチクル)方式で、画像処理方式のアライメントセンサ14A,14Bが備えられている。アライメントセンサ14A,14Bはそれぞれ結像系と、CCDカメラ等の2次元の撮像素子とを備え、その撮像素子がアライメントマーク21A,21B、及び対応する基準マーク13A,13Bの像を撮像し、その撮像信号が図1のアライメント信号処理系15に供給されている。
アライメント信号処理系15は、その撮像信号を画像処理して、基準マーク13A,13Bの像に対するアライメントマーク21A,21BのX方向、Y方向への位置ずれ量を求め、これら2組の位置ずれ量を主制御系9に供給する。主制御系9は、その2組の位置ずれ量が互いに対称に、かつそれぞれ所定範囲内に収まるようにレチクルステージ2の位置決めを行う。これによって、基準マーク13A,13Bに対して、アライメントマーク21A,21B、ひいてはマスターレチクルRiが位置決めされる。
言い換えると、マスターレチクルRiの投影光学系3による縮小像の中心(露光中心)は、実質的に基準マーク13A,13Bの中心(ほぼ光軸AX)に位置決めされる。この状態で図1の主制御系9は、レーザ干渉計8によって計測される試料台5のX方向、Y方向の座標(XF0,YF0)を記憶することで、マスターレチクルRiのアライメントが終了する。この後は、親パターンPiの露光中心に、試料台5上の任意の点を移動することができる。
また、図1に示されているように、投影光学系3の側部には、基板4上のマークの位置検出を行うために、オフ・アクシス方式で、画像処理方式のアライメントセンサ23が備えられている。アライメントセンサ23は、フォトレジストに対して非感光性で広帯域の照明光で被検マークを照明し、被検マークの像をCCDカメラ等の2次元の撮像素子で撮像し、撮像信号をアライメント信号処理系15に供給する。なお、アライメントセンサ23の検出中心とマスターレチクルRiのパターンの投影像の中心(露光中心)との間隔(ベースライン量)は、基準マーク部材12上の所定の基準マークを用いて予め求められて、主制御系9内に記憶されている。
図8に示すように、基板4上のX方向の端部に例えば十字型の2つのアライメントマーク24A,24Bが形成されている。そして、マスターレチクルRiのアライメントが終了した後、基板ステージ6を駆動することによって、図1のアライメントセンサ23の検出領域に順次、図8の基準マーク13A,13B、及び基板4上のアライメントマーク24A,24Bを移動して、それぞれ基準マーク13A,13B、及びアライメントマーク24A,24Bのアライメントセンサ23の検出中心に対する位置ずれ量を計測する。これらの計測結果は主制御系9に供給され、これらの計測結果を用いて主制御系9は、基準マーク13A,13Bの中心がアライメントセンサ23の検出中心に合致するときの試料台5の座標(XP0,YP0)、及びアライメントマーク24A,24Bの中心がアライメントセンサ23の検出中心に合致するときの試料台5の座標(XP1,YP1)を求める。これによって、基板4のアライメントが終了する。
この結果、基準マーク13A,13Bの中心とアライメントマーク24A,24Bの中心とのX方向、Y方向の間隔は(XP0−XP1,YP0−YP1)となる。そこで、マスターレチクルRiのアライメント時の試料台5の座標(XF0,YF0)に対して、その間隔(XP0−XP1,YP0−YP1)分だけ図1の基板ステージ6を駆動することによって、マスターレチクルRiのアライメントマーク21A,21Bの投影像の中心(露光中心)に、基板4のアライメントマーク24A,24Bの中心(基板4の中心)を高精度に合致させることができる。この状態から、図1の基板ステージ6を駆動して試料台5をX方向、Y方向に移動することによって、基板4上の中心に対して所望の位置にマスターレチクルRiの親パターンPiの縮小像PIiを露光できる。
なお、1枚の基板4の露光に際しては、マスターレチクルRiの交換にかかわらず、基板4は3本のピンで構成された試料台5上に無吸着またはソフト吸着され、基板4のステッピング時には基板4の位置がずれないように基板ステージ6を超低加速度、超低速度で移動させる。従って、1枚の基板4の露光中に、基準マーク13A,13Bと基板4との位置関係が変化することはないので、マスターレチクルRiの交換時には、マスターレチクルRiを基準マーク13A,13Bに対して位置合わせすればよく、1枚のマスターレチクル毎に、基板4上のアライメントマーク24A,24Bの位置を検出する必要はない。
以上マスターレチクルRiと基板4との位置合わせについて説明したが、マスターレチクルRiと濃度フィルタの相対的な位置合わせもマーク124A,124B,124C,124Dやスリットマーク125の位置情報を計測した結果に基づいて行われる。このとき、基板ステージ6の特性上、ヨーイング誤差等の誤差によって基板4に微小な回転を生じることがあり、このためマスターレチクルRiと基板4の相対姿勢に微小なズレを生じる。このような誤差は、予め計測され、あるいは実処理中に計測され、これが相殺されるように、レチクルステージ2又は基板ステージ6が制御されて、マスターレチクルRiと基板4の姿勢が整合するように補正されるようになっている。
このようにして、図1のN個のマスターレチクルR1〜RNの親パターンP1〜PNの縮小像を重ね継ぎを行いながら順次基板4上の対応するショット領域に露光することで、各親パターンP1〜PNの縮小像は、それぞれ隣接する親パターンの縮小像と画面継ぎを行いながら露光されたことになる。これによって、基板4上で周辺部が部分的に重なる複数のショット領域からなる被露光領域に、図1の親パターン36を1/α倍で縮小した投影像26が露光転写される。その後、基板4上のフォトレジストを現像して、エッチング、及び残っているレジストパターンの剥離等を施すことによって、基板4上の投影像26は、図5に示すような原版パターン27となって、ワーキングレチクル34が完成する。
以上説明した実施形態では、マスターレチクルRiに形成されているパターンのパターンサイズ及びその疎密度に応じて、照明光学系1の照明条件を変更し、さらに照明条件の変更に伴い濃度フィルタFjのZ方向の位置(レチクル共役面に対する濃度フィルタFjのデフォーカス量)を調整して基板4上における濃度フィルタFjの減光部123の像の幅、即ち重合部の幅を調整しながらステップ・アンド・リピートによりマスターレチクルRiのパターンを基板4に順次転写してワーキングレチクル34を製造していた。
ここで、濃度フィルタFjのデフォーカスを調整すると、重合部における合成露光量と重合部以外における露光量との間にずれを生じることがある。この場合、ブラインド111、濃度フィルタFj、マスターレチクルRi、及び基板4の相対的な位置を制御することにより、該重合部の合成露光量を調整することができる。以下、その調整方法の一例について説明する。
図9A〜図9C、図10A〜図10C、図11A〜図11C、及び図12A〜14Cは、露光量分布の調整方法を説明するための図である。なお、これらの図においては、理解を容易にするため、ブラインド、濃度フィルタ、及びマスターレチクルのみを図示している。まず、図9A〜図9Cについて説明する。
図9Aは第1のショット領域を露光するときの濃度フィルタとマスターレチクルとの相対的な位置を示す図であり、図9Bは第1のショット領域に隣接した第2のショット領域を露光するときの濃度フィルタとマスターレチクルとの相対的な位置を示す図であり、図9Cは図9A、図9Bに示す状態で露光が行われた場合に露光された領域における露光量分布を示す図である。
図9A〜図9Cにおいて、図1に示した部材と同一の部材には同一の符号が付してある。つまり、図9A、図9Bにおいて、F1,F2は濃度フィルタ、111A,111Bはブラインド、R1,R2はマスターレチクルである。なお、図9A、図9Bにおいては、投影光学系3の光軸AXを中心として濃度フィルタF1,F2、ブラインド111A,111B、及びマスターレチクルR1,R2を図示しており、理解を容易にするために光軸AXを折り曲げず直線的に示している。また、図1では、光軸AXに沿って、ブラインド111A,111B、濃度フィルタFj、及びレチクルRiの順に配列されているが、図9A、図9Bにおいては、理解を容易にするため、濃度フィルタF1,F2とブラインド111A,111Bの配列順番を入れ替えて図示している。また、マスターレチクルR1,R2に関しては、マスターレチクルR1,R2に形成されたパターンの位置を特定するため、図9A〜図9Cに示した位置に応じた番号を付している。なお、パターン位置を特定する場合には、以下パターン「1」、パターン「2」等のように記す。
まず、図9Aを参照して第1のショット領域に対して露光を行う場合について説明する。図9Aにおいて、濃度フィルタF1に入射する露光光ILは、光軸AXに垂直な面内において均一な露光量分布を有するが、濃度フィルタF1に入射すると、減光部123において減光されるため、濃度フィルタF1を通過した後は符号PF1を付した露光量分布となる。なお、図9A〜図9Cにおいて露光量分布を示す場合には、光軸AX軸に平行な方向に露光量を示す軸をとっている。
濃度フィルタF1を通過した露光光はブラインド111A,111Bに入射することにより所定の形状に整形される。図9Aに示した例ではマスターレチクルR1に形成されたパターン「1」からパターン「11」までを照明する形状に整形される。ブラインド111A,111Bを通過した露光光がマスターレチクルR1に入射すると、符号Im1を付して示したように各々パターンの形状を反映した像が射出される。なお、この像Im1の露光量分布は、符号PF11を付したものとなる。つまり、透光部122を通過した露光光は一定の露光量分布であるが、減光部123を通過した露光光はパターン「7」からパターン「11」にかけて直線的に減衰する露光量分布となる。
また、図9Bには、第2のショット領域に対して露光を行う場合について図示している。図9Bに示したように、濃度フィルタF2を通過した後は符号PF2を付した露光量分布となる。なお、図9A及び図9Bにおいては理解を容易にするため、露光量分布PF1と露光量分布FP2とは同一の分布として図示している。
第2のショット領域に対して露光を行う場合のブラインド111A,111Bの位置は第1のショット領域を露光する場合のブラインド111A,111Bの位置とは異なる位置に配置される。つまり、ブラインド111A,111Bは、マスターレチクルR2のパターン「7」からパターン「17」までを照明する形状に露光光を整形する。
ブラインド111A,111Bを通過した露光光がマスターレチクルR2に入射すると、符号Im2を付して示したように各々パターンの形状を反映した像が射出される。なお、この像Im2の露光量分布は、符号PF12を付したものとなる。つまり、透光部122を通過した露光光は一定の露光量分布であるが、減光部123を通過した露光光はパターン「11」からパターン「7」にかけて直線的に減衰する露光量分布となる。
図9Aに示した像Im1と図9Bに示した像Im2は、図9Cに示した位置関係で画面継ぎが行われる。つまり、パターン「7」からパターン「11」の像が重ね合わされて、重合部に露光転写される。このようにして露光されると、理論的には図9C中で符号PF13を付したように、該重合部の露光量が該重合部以外の部分の露光量と等しくなる。なお、図9Cにおいて、第1のショット領域の露光位置と第2のショット領域の露光位置との距離をステップピッチSP1と称する。つまり、ステップピッチSP1は、第1のショット領域を露光した後、第2のショット領域を露光位置までに移動させる距離である。図9A〜図9C、図10A〜図10C、図11A〜図11C、及び図12A〜図12Cに示した例では、ステップピッチSP1を21mmつまり21000μmに設定している。
なお、この実施形態において、「重合部」とは基板4上でショット領域の周辺部が重ね合わされる部分、基板4上で濃度フィルタFjの減光部123の像が重ね合わされる部分、又は基板4上でマスターレチクルのパターンの像が重ね合わされる部分をいい、以上の説明では、これらは一致していたので、特に区別していない。しかし、以下の説明では、これらは一致しないことがあるので、単に「重合部」という場合には主として基板4上でショット領域の周辺部が重ね合わされる部分をいうものとし、これと区別するために、基板4上で濃度フィルタFjの減光部123の像が重ね合わされる部分を「減光像重合部」といい、基板4上でマスターレチクルのパターンの像が重ね合わされる部分を「パターン像重合部」という場合がある。
次に、図10A〜図10C、図11A〜図11C、及び図12A〜図12Cを参照して露光量分布の調整方法について説明する。以下に説明する方法は、濃度フィルタによって規定されるエネルギービームの分布と、転写すべきパターンとの相対位置を変化させることにより、ショットの周辺部が重ね合わされる重合部での露光量を調整する方法である。より具体的には、濃度フィルタとマスターレチクルとの相対的な位置を変化させて、減光像重複部の幅を変化させることにより、重合部における露光量を調整するものである。以下の説明では、重合部及び減光像重合部の幅が1mm、即ち1000μmである場合を例にあげて説明する。
かかる場合、減光像重合部の幅が10μm変化すると露光量が1%の割合で変化する点に留意すべきである。即ち、100%/1000μm=1%/10μmである。なお、図10A〜図10C、図11A〜図11C、及び図12A〜図12Cを用いた説明において、マスターレチクルR1,R2を移動させているが、この場合にはマスターレチクルR1,R2の移動に合わせて基板4も移動する点に注意すべきである。この場合に基板4の移動量は、マスターレチクルR1,R2の移動量の1/α倍(αは投影光学系3の縮小倍率)である。
図10A〜図10Cは、減光像重合部の幅を減少させて、重合部の露光量を減少させる場合の濃度フィルタ、ブラインド、及びマスターレチクルの相対的な位置関係の例を示す図である。なお、以下の説明では便宜のため、濃度フィルタF1,F2の位置を変えずにブラインド111A,111B及びマスターレチクルR1,R2の位置を変化させて濃度フィルタF1,F2とマスターレチクルR1,R2の相対位置を変化させる場合について説明するが、マスターレチクルR1,R2を移動させずに濃度フィルタF1,F2の位置を変えて相対位置を変えることもできる。
いま、重合部における露光量を1%だけ少なくしたい場合には、減光像重合部の幅を10μmだけ狭くすればよい。このため、基板4上において第2のショット領域の露光を行う際に、第1のショット領域の露光位置から21000μm+10μm=21010μmだけ基板4をステップさせる。
また、図9Aと図10Aとの対比からもわかるように、ブラインド111A及びマスターレチクルR1を図10A中D1方向へ、マスターレチクルR1に形成された1パターン分移動する。よって、マスタレチクルR1のパターン「1」が図9Aに示したマスターレチクルR1のパターン「2」の位置へ移動したことになる。いま、重合部の幅を10μmだけ狭くする場合を考えているので、マスターレチクルR1の移動量は、基板4上に換算して5μmであればよい。つまり投影光学系3の縮小倍率が1/αであるから、5×αμmだけマスターレチクルR1を重合部がある方向、即ち図10A中のD1方向へ移動させればよい。図10Aにおいては、ブラインド111Aのみが移動したことにより、マスターレチクルR1に対する照明領域も図9Aの場合と比べ狭くなっている。図10Aに示すように、かかる場合にはパターン「1」〜パターン「10」の像Im3が形成される。
第1のショット領域を露光した後、前述したように基板4を21010μmだけ移動させ、第2のショット領域を露光位置へ位置合わせする。また、ブラインド111BとマスターレチクルR2を、図9Bに示した位置に対して重合部がある方向、即ち図10B中のD2方向へ5・αμmだけ移動させる。図10Bに示すように、かかる場合にはパターン「8」〜パターン「17」のみの像Im4が形成される。
図10Aに示した像Im3と図10Bに示した像Im4は、図10Cに示した位置関係で画面継ぎが行われる。つまり、パターン「8」からパターン「10」の像が重合部に露光される。即ち、基板4のステップピッチSP1をSP1+SP2=21000μm+10μm=21010μmとし、マスターレチクルR1,R2を図9A〜図9Cに示した場合に比べ、D1方向及びD2方向へそれぞれ移動させて露光を行うことにより、重合部における露光量を減少させている。図10Cに示すように、重合部における露光量の分布は、分布PF23となる。
図11A〜図11Cは、減光像重合部の幅を増加させることより重合部の露光量を増加させる場合の濃度フィルタ、ブラインド、及びマスターレチクルの相対的な位置関係の例を示す図である。なお、図10A〜図10Cの場合と同様に、マスターレチクルR1,R2を移動させずに濃度フィルタF1,F2の位置を変えて相対位置を変えることもできる。
いま、重合部における露光量を1%だけ多くしたい場合には、重合部の幅を10μmだけ広くすればよい。このため、基板4上において第2のショット領域の露光を行う際に、第1のショット領域の露光位置から21000μm−10μm=20990μmだけ基板4をステップさせる。
また、図11Aに示したように、ブラインド111A及びブラインド111B並びにマスターレチクルR1を図中D3方向へ、マスターレチクルR1に形成された1パターン分、即ち5・αμmだけ移動する。図11Aでは、ブラインド111A及びブラインド111Bが移動しているため、マスターレチクルR1に対する照明領域は図9Aの場合と同一である。図11Aに示すように、かかる場合にはパターン「1」〜パターン「11」の像Im5が形成される。
第1のショット領域を露光した後、前述したように基板4を20990μmだけ移動させ、第2のショット領域を露光位置へ位置合わせする。また、ブラインド111A,111BとマスターレチクルR2を図9Bに示した位置から重合部がない方向、即ち図11B中のD4方向へ5・αμmだけ移動させる。図11Bに示すように、かかる場合にはパターン「7」〜パターン「17」の像Im6が形成される。
これらの像Im5及び像Im6は、図9A〜図9Cに示した像Im1及び像Im2とそれぞれ同様の像であるが、露光量分布及び基板4上において結像される位置が異なる。例えば、図11A中の像Im5と図9A中の像Im1とを比較すると、像Im1はパターン「1」の像からパターン「6」の像までが一定の露光量分布となっているが、像Im5はパターン「1」の像からパターン「7」の像までが一定の露光量分布であって、一定の露光量分布となっている箇所が像Im1の場合と比べ1パターン分長い。
また、像Im1はパターン「7」の像からパターン「11」の像までが線形的に減衰する露光量分布であり、パターン「11」の像の端部で露光量がなだらかに0となっているのに対し、像Im5はパターン「8」の像からパターン「11」の像までが線形的に減衰しており、この分布を有する区間が像Im1と比べ1パターン分短い。しかも、パターン「11」の像の端部で露光量がある値から急峻に0となっている点も異なる。
図11Aに示した像Im5と図11Bに示した像Im6は、図11Cに示した位置関係で画面継ぎが行われる。つまり、パターン「7」からパターン「11」の像が重合部に露光される。即ち、基板4のステップピッチSP1をSP1−SP3=21000μm−10μm=20990μmとし、マスターレチクルR1,R2を図9A〜図9Cに示した場合に比べ、D3方向及びD4方向へそれぞれ移動させて露光を行うことにより、重合部における露光量を増加させている。
図11Cにおいて、像Im5の分布PF31と像Im6の分布PF32の重合部における露光量が増加しているため、重合部の露光量の分布は、分布PF33となる。
なお、図11A及び図11Bに示すように、ブラインド111A,111Bによって濃度フィルタF1,F2の減光部123の一部を遮光しているが、これはマスクの対応する部分にパターンが存在しないためである。その結果、図11Cでは、減光像重複部の幅は変化していないように見えるが、ブラインド111A,111B等の遮光物がないとした場合には、減光像重複部の幅は変化(拡大)している。
図11A〜図11Cに示した方法で重合部における露光量を増加させる場合、図11Aに示したようにパターン「11」の端部における露光量の分布PF31が急峻に変化するとともに、図11Bに示したようにパターン「7」の端部における露光量の分布PF33が急峻に変化している。かかる急峻な変化がある場合、当該箇所に形成されるパターンの線幅も急峻に変化する可能性が考えられる。次に、この問題を解決する方法について説明する。
図12A〜図12Cは、減光像重合部の幅を増加させることにより重合部の露光量を増加させる場合の濃度フィルタ、ブラインド、及びマスターレチクルの相対的な位置関係の変形例を示す図である。なお、図10A〜図10C及び図11A〜図11Cの場合と同様に、マスターレチクルR1,R2を移動させずに濃度フィルタF1,F2の位置を変えて相対位置を変えることもできる。
図11Aにおいては、ブラインド111Aとブラインド111Bとを共に移動させていたが、図12Aではブラインド111Aのみを図中D3方向に移動させている点が異なる。ブラインド111Bを移動させないため、図11Aでは得られなかったパターン「12」の像を含んだ像Im7が得られる。この場合において、パターン「12」の端部においてなだらかに0となる露光量分布PF41が得られる。また、図11Bにおいてもブラインド111Aとブラインド111Bとを共に移動させていたが、図12Bではブラインド111Bのみを図中D4方向に移動させている点が異なる。ブラインド111Aを移動させないため、図11Bでは得られなかったパターン「6」の像を含んだ像Im8が得られ、パターン「6」の端部においてなだらかに0となる露光量分布PF42が得られる。
図12Aに示した像Im7と図12Bに示した像Im8は、図12Cに示した位置関係で画面継ぎが行われる。つまり、パターン「6」からパターン「12」の像が重合部に露光される。即ち、基板4のステップピッチSP1は図11A〜図11Cの場合と同様にSP1−SP3であり、マスターレチクルR1,R2の移動量も図11A〜図11Cの場合と同様であるが、マスターレチクルR1,R2に描画されているパターンが、重合部がある方向に延長ないし拡張されており、図12Aにおいてブラインド11Bを移動させず、図12Bにおいてブラインド111Aを移動させないことによって、重合部の幅を広げている。この場合には、重合部における露光量の分布は、分布PF43となり、図12Cの露光量分布PF33に比べなだらかに変化しており、線幅の急峻な変化を抑えることができる。
以上説明した通り、ブラインド111、濃度フィルタFj、マスターレチクルRi、及び基板4の相対的な位置を制御することにより、照明条件の変化に伴う重合部の合成露光量の変化を補正することができる。これにより、マスターレチクルに形成されているパターンのパターンサイズ及び疎密度に応じてOPE特性が最適になるように照明光学系1の照明条件を設定できるとともに、照明条件の変更(即ち、濃度フィルタFjに入射する露光光ILの入射角又は角度範囲の変化)による重合部の幅の変化も生じず、且つ重合部における合成露光量も高精度に調整することができようになり、その結果として均一な線幅のパターンを高い精度をもって形成することができる。なお、重合部の合成露光量を必ずしも重合部以外の露光量と等しく設定しなくてもよく、上記方法により重合部の合成露光量を、重合部以外の露光量と異ならせる、即ち重合部以外の露光量よりも小さい、あるいは大きい露光量に設定しても良い。
以上説明した実施形態では、レチクル共役面PL1に対する濃度フィルタFjのデフォーカス量を調整することにより、重合部の幅、つまり基板4上における濃度フィルタFjの減光部123の像の幅を調整していたが、減光部123の幅が種々に設定された濃度フィルタを予め複数用意しておき、設定した照明条件に応じて濃度フィルタFjを切り替えるようにしてもよい。
例えば、前述した例では、基板4上におけるパターンサイズが360nmであるパターンを転写する場合には、照明σを0.55に設定し、減光部123の幅aが1368μmである濃度フィルタを用い、レチクル共役面PL1に対する濃度フィルタのデフォーカス量dを1500μmとすることにより、重合部の幅を1000μm(1mm)にしていた。
レチクル共役面PL1に対するデフォーカス量dを変化させず、濃度フィルタを交換することで重合部の幅を調整するには、前述した(6)式を変形した以下の(8)式で示される幅aを有する減光部123が形成されている濃度フィルタを用いればよい。
a=WG3/(M・N)−2・d・tanθ−b ……(7)
具体的に、上記(7)式に重合部の幅としてWG=1000μm、M=2、M=1/4、d=1500μm、θ=18.6、b=0を代入すると、a=990μmとなる。つまり、パターンサイズが200nmであるパターンを転写する場合には、OPE特性が最良となるように照明σを0.85に設定し、レチクル共役面PL1に対するデフォーカス量1500μmを変更せずに、990μmの幅で減光部123が形成された濃度フィルタに交換すればよい。
なお、予め複数用意する濃度フィルタは、重合部における幅の変化のみに着目して設計されているのではなく、照明条件の変化に伴う合成露光量の変化を補正しうるように、ドットピッチが調整されていることが望ましい。また、濃度フィルタの交換を行う代わりに、例えば液晶素子などで濃度フィルタを構成することで、照明条件の変更に応じて減光部123の幅aを変更可能としてもよい。
以上説明した実施形態においては、設定装置(減光手段)として濃度フィルタFjを用いた場合を例に挙げて説明したが、濃度フィルタ以外の設定装置を用いることができる。例えば、図13に示すようなブラインド機構BLにより濃度フィルタと同様の機能を達成することもできる。図13は、傾斜分布を形成する他の構成例を示す図である。
このブラインド機構BLは、図1に示したレチクルブラインド機構110と基本的に同様の構成を有しており、4枚の可動式のブラインド127A〜127D及びその駆動機構(不図示)を備えて構成されている。これら4枚のブラインド127A〜127Dをそれぞれ適宜な位置に設定することにより、各ブラインド127A〜127Dの先端縁128A〜128Dによって、投影光学系3の視野内に矩形状の照明領域が形成される。
この照明領域は、基本的に基板4上のショット領域(ショット領域に転写すべきレチクルパターン)に対応する大きさに設定される。露光中において、これらの4枚のブラインド127A〜127Dのうちの一又は複数を、露光光ILが通る照明光学系1の光路に対して進出又は退去するように所定の速度で連続的に移動することにより、ブラインド127A〜127Dの先端縁128A〜128Dの移動した領域の透過光量を傾斜的に設定することができる。
各ショット領域の画面継ぎ部に対応する部分でブラインド127A〜127Dを全体的にあるいは選択的に移動することにより、該画面継ぎ部における露光量を外側に行くに従って傾斜的に減少させることができ、これにより濃度フィルタと同様の機能が実現される。この減光用ブラインド機構BLは、各ブラインド127A〜127Dの駆動機構が必要である点で濃度フィルタに対して構成がやや複雑化するが、濃度フィルタのようにショット領域に応じて複数のものを準備し、取り換える必要がなく、単一の機構で柔軟に対応できる点で優れている。
図13に示したブラインド機構BLを用いた場合においても、例えば各ブラインド127A〜127Dをレチクル共役面からデフォーカスした状態に配置することにより、濃度フィルタと同様の問題が生ずる。このため、照明条件の変更に応じてブラインド機構BL全体をZ方向に移動可能に構成しておく。または、各ブラインド127A〜127Dは、その移動に応じて透過光量を設定するものであるため、露光光ILが照射されている状態で先端縁128A〜128Dの移動した領域が濃度フィルタFjの減光部123に相当する。従って、照明条件の変更に応じて先端縁128A〜128Dの移動する領域を可変にする、即ち照明光学系1の光軸AXに沿った方向(図1ではZ方向)と直交する方向(図1ではX方向又はY方向)における、ブラインド127A〜127Dの少なくとも1つ(例えば、基板4上での露光光ILの積算光量分布をその周辺部(重合部)で徐々に減少させるために露光光ILの照射中に移動されるブラインド)の移動量を変更することで、重合部の幅の変化を補正することが可能となる。なお、ブラインド機構BLを用いる場合には重合部の幅の変化を補正するために、照明光学系1の光軸AXに沿う方向(Z方向)、及び光軸AXと直交する方向(X方向又はY方向)の少なくとも一方でのブラインド機構BLの位置(移動量)を調整すればよい。また、ブラインド機構BLを濃度フィルタFjと併用してもよく、この場合には重合部の幅の変化を補正するために、ブラインド機構BLと濃度フィルタFjとの少なくとも一方の位置を調整すればよい。さらに、ブラインド機構BLは前述のレチクルブラインド機構110とは別に設けてもよいが、前述のレチクルブラインド機構110を兼用することでブラインド機構BLを特別に設けなくてもよい。
上述した実施形態では、複数のマスターレチクルRiを用いて、ブランクス4上に順次パターンを画面継ぎを行いながら転写するようにしたレチクル露光装置について説明しているが、このようにして製造されたあるいは別の方法により製造された複数のワーキングレチクルを用いて、基板(ブランクス)4の代わりにデバイス基板(ウエハ、ガラスプレートなど)上に順次パターンを画面継ぎを行いがら転写するようにしたデバイス露光装置(例えば、半導体素子あるいは液晶表示素子などの製造用の露光装置)についても同様に適用することができる。
前述の実施形態では微小開口54を有する照度分布検出センサ126を用いて露光光ILの強度分布を検出するものとしたが、例えばラインセンサ、あるいは一次元または二次元のCCDなどを用いて露光光ILを検出して強度分布の計測時間の短縮を図るようにしてもよい。また、前述の実施形態では濃度フィルタFjを照明光学系内に設けるものとしたが、例えばレチクルに近接して配置してもよいし、あるいは投影光学系3がレチクルパターンの中間像(一次像)を形成するときはその中間像の形成面またはその近傍に配置しても構わない。なお、オプチカル・インテグレータ106としてロッドインテグレータ(内面反射型インテグレータ)を用いる場合、例えばレチクルのパターン形成面とほぼ共役に配置されるロッドインテグレータの射出面に近接して濃度フィルタを配置してもよい。さらに、濃度フィルタFjと同様にレチクルブラインド機構110も照明光学系以外に設けてもよい。また、レチクルブラインド機構110は4枚のブラインド111を有するものとしたが、例えば2枚のL字状の遮光板を用いてもよく、その構成は任意で構わない。
また、上述した実施の形態では、ショット領域の形状は矩形状としているが、必ずしも矩形状である必要はなく、例えば、5角形、6角形、その他の多角形とすることができる。また、各ショット領域及びショット領域が同一形状である必要もなく、異なる形状や大きさとすることができる。さらに、画面継ぎが行われる部分の形状も、長方形である必要はなく、ジグザグ帯状、蛇行帯状、その他の形状とすることができる。また、本願明細書中における「画面継ぎ」とは、パターン同士をつなぎ合わせることのみならず、パターンとパターンとを所望の位置関係で配置する(即ち、パターン同士のつなぎ部が存在しない)ことをも含む意味である。さらに、複数のショット領域の重合部(多重露光される周辺部)にパターンの転写が行われなくてもよい。
ワーキングレチクル34に形成するデバイスパターンを拡大したデバイスパターンを要素パターン毎に分ける、例えば密集パターンと孤立パターンとに分けてマスターレチクルに形成し、基板4上での親パターン同士のつなぎ部をなくす、あるいは減らすようにしてもよい。この場合、ワーキングレチクルのデバイスパターンによっては、1枚のマスターレチクルの親パターンを基板4上の複数の領域にそれぞれ転写することもあるので、ワーキングレチクルの製造に使用するマスターレチクルの枚数を減らすことができる。又は、その拡大したパターンを機能ブロック単位で分ける、例えばCPU、DRAM、SRAM、A/Dコンバータ、D/Aコンバータをそれぞれ1単位として、少なくとも1つの機能ブロックを、複数のマスターレチクルにそれぞれ形成するようにしてもよい。このことは、半導体素子などを製造するデバイス製造用の露光装置でも全く同様であり、デバイス基板上に形成すべき回路パターンの拡大パターンを機能ブロック単位で分けて複数のワーキングレチクルに形成してもよい。
また、基板上で周辺部が部分的に重なる複数のショット領域にそれぞれ転写するパターンはその全てが異なっている必要はなく、例えば少なくとも2つのショット領域に転写するパターンが同一でもよい。さらに、上述した実施形態では複数枚のレチクルを用いてスティッチング方式で基板上の複数のショット領域をそれぞれ露光するものとしたが、複数のパターンが形成された1枚のレチクルのみを用いて同様にスティッチング方式の露光を行っても良い。また、基板上の各ショット領域の露光は、前述の実施形態で採用した静止露光方式だけでなく、レチクルと基板とを同期移動する走査露光方式で行ってもよい。この走査露光方式では、レチクル及び基板の移動に同期して濃度フィルタも移動されることになる。なお、上述した実施形態によれば、例えばスティッチング方式の露光(重ね継ぎ露光)時に照明条件が変更されても、基板上で周辺部が部分的に重なる複数のショット領域の全面で、均一な線幅の微細なパターンを形成できるとともに、線幅が異なるパターンが混在していても、パターン毎に正確な線幅で形成可能、即ち高い忠実度でその混在パターンを基板上に形成可能となっている。
上述した実施形態では露光用照明光としてKrFエキシマレーザ光(波長248nm)を用いているが、g線(波長436nm)、i線(波長365nm)、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)、F2レーザ光(波長157nm)、又はAr2レーザ光(波長126nm)などを用いることができる。F2レーザを光源とする露光装置では、例えば投影光学系として反射屈折光学系が採用されるとともに、照明光学系や投影光学系に使われる屈折光学部材(レンズエレメント)は全て蛍石とされ、かつレーザ光源、照明光学系、及び投影光学系内の空気は、例えばヘリウムガスで置換されるとともに、照明光学系と投影光学系との間、及び投影光学系と基板との間などもヘリウムガスで満たされる。
F2レーザを用いる露光装置では、レチクルや濃度フィルタは、蛍石、フッ素がドープされた合成石英、フッ化マグネシウム、LiF、LaF3、リチウム・カルシウム・アルミニウム・フロライド(ライカフ結晶)又は水晶等から製造されたものが使用される。
エキシマレーザの代わりに、例えば波長248nm、193nm、157nmのいずれかに発振スペクトルを持つYAGレーザなどの固体レーザの高調波を用いるようにしてもよい。
また、DFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム(又はエルビウムとイットリビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いてもよい。
例えば、単一波長レーザの発振波長を1.51〜1.59μmの範囲内とすると、発生波長が189〜199nmの範囲内である8倍高調波、又は発生波長が151〜159nmの範囲内である10倍高調波が出力される。特に発振波長を1.544〜1.553μmの範囲内とすると、193〜194nmの範囲内の8倍高調波、即ちArFエキシマレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を1.57〜1.58μmの範囲内とすると、157〜158nmの範囲内の10倍高調波、即ちF2レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。
発振波長を1.03〜1.12μmの範囲内とすると、発生波長が147〜160nmの範囲内である7倍高調波が出力され、特に発振波長を1.099〜1.106μmの範囲内とすると、発生波長が157〜158nmの範囲内の7倍高調波、即ちF2レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。なお、単一波長発振レーザとしてはイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用いる。また、レーザプラズマ光源、又はSORから発生する軟X線領域、例えば波長13.4nm、又は11.5nmのEUV(Extreme Ultra Violet)光を用いるようにしてもよい。
また、本発明は、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置のみならず、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置にも適用することが可能である。投影光学系は縮小系だけでなく等倍系、又は拡大系(例えば、液晶ディスプレイ又はプラズマディスプレイ製造用露光装置など)を用いてもよい。さらに投影光学系は、反射光学系、屈折光学系、及び反射屈折光学系のいずれを用いてもよい。なお、プロキシミティ方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナー、及び例えば国際公開WO99/49504などに開示される、投影光学系PLとウエハとの間に液体が満たされる液浸型露光装置などにも本発明を適用してもよい。
さらに、フォトマスクや半導体素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられる、デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、撮像素子(CCDなど)、マイクロマシン、及びDNAチップなどの製造に用いられる露光装置等にも本発明を適用することができる。
フォトマスク(ワーキングレチクル)の製造以外に用いられる露光装置では、デバイスパターンが転写される被露光基板(デバイス基板)が真空吸着又は静電吸着などによって基板ステージ6上に保持される。ところで、EUV光を用いる露光装置では反射型マスクが用いられ、プロキシミティ方式のX線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク(ステンシルマスク、メンブレンマスク)が用いられるので、マスクの原版としてはシリコンウエハなどが用いられる。
複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージや基板ステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、さらに総合調整(電気調整、動作確認等)をすることにより本実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルーム内で行うことが望ましい。
半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいて、上述した実施形態の露光装置によりワーキングレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを製造するステップ、上述した実施形態の露光装置等によりレチクルのパターンをウエハに露光転写するステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、検査ステップ等を経て製造される。
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができることは言うまでもない。
本発明によると、照明条件が変更されても、積算エネルギー量が傾斜的に設定される周辺部の幅が変化しないように補正するようにしたので、転写するパターンに最適な照明条件を制約なく用いることができる。また、当該周辺部とこれに隣接する周辺部とが重ね合わされる重合部の積算エネルギー量をむら無く均一にできるとともに、該重合部と該重合部以外の部分の積算エネルギー量を実質的に一致させることができるようになる。その結果、目標とする線幅の微細なパターンを高い精度で形成することができるようになる。
本開示は、2002年1月29日に提出された日本国特許出願第2002−20336号に含まれた主題に関連し、その開示の全てはここに参照事項として明白に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
図1は本発明の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図、
図2Aは濃度フィルタの構成の一例を示す上面図、
図2Bは濃度フィルタに形成されるマークの一例を示す図、
図3A〜図3Iは濃度フィルタの減光部の構成のバリエーションを示す図、
図4A,図4Bは照度分布検出センサの構成を示す図、
図5はマスターレチクルを用いてレチクル(ワーキングレチクル)を製造する際の製造工程を説明するための図、
図6は図1中のブラインドから基板までの光路中の光学部材の配置を示す図、
図7は照明σ等の照明条件を変更したときの濃度フィルタの減光部の像の幅の変化を示す図、
図8はレチクルのアライメント機構を示す図、
図9A〜図9Cは露光量分布の調整方法を説明するための図、
図10A〜図10Cは露光量分布の調整方法を説明するための図、
図11A〜図11Cは露光量分布の調整方法を説明するための図、
図12A〜図12Cは露光量分布の調整方法を説明するための図、
図13は傾斜分布を形成する他の構成例を示す図、
図14はパターンサイズが360nmであるパターンの疎密度及び照明σを変化させたときのOPE特性を示す図、
図15はパターンサイズが200nmであるパターンの疎密度及び照明σを変化させたときのOPE特性を示す図、
図16は照明σを変化させたときの露光量分布の変化を示す図、
図17は照明σを変化させたときの重合部における露光量を示す図である。
本発明は、半導体集積回路、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、その他のマイクロデバイス、又はフォトマスク等をリソグラフィ技術を用いて製造する際に使用される露光装置及び露光方法に関する。
背景技術
マイクロデバイスの製造工程の一つであるフォトリソグラフィ工程では、露光対象としての基板(フォトレジストが塗布された半導体ウエハやガラスプレート、又はブランクスと称される光透過性の基板等)にフォトマスク又はレチクル(以下、レチクルと総称する)のパターンの像を投影露光する露光装置が使用される。近時においては、基板の大型化等に伴う被露光領域の大面積化に対応するため、基板の被露光領域を複数の単位領域(以下、ショット又はショット領域という場合がある)に分割して、各ショットに対して対応するパターンの像を順次投影露光するようにしたスティチング型の露光装置が開発されている。
このような露光装置においては、投影光学系の収差、レチクルや基板の位置決め誤差等により、各ショットの継ぎ目部分に不整合が生じることがあるため、一のショットについてのパターンの像の一部とこれに隣接する他のショットについてのパターンの像の一部を重ね合わせて露光するようにしている。かかるパターンの像の重合部においては、露光量が重合部以外の部分に対して大きくなるので、例えば、基板上に形成されたパターンの該重合部における線幅(ライン又はスペースの幅)がフォトレジストの特性に応じて細く又は太くなる。
そこで、各ショットの重合部となる部分の露光量分布をその外側に行くに従って小さくなるように傾斜的に設定して、該重合部の露光量が2回の露光によって全体として、該重合部以外の部分の露光量と等しくなるようにして、かかる重合部における線幅変化を防止するようにしている。
ショットの重合部におけるかかる傾斜的な露光量分布を実現するための技術としては、レチクル自体の該重合部に対応する部分に透過光量を傾斜的に制限する減光部を形成するようにしたものが知られている。しかし、レチクル自体に減光部を形成するのは、レチクルの製造工数やコストが増大し、マイクロデバイス等の製造コストを上昇させる。このため、ガラスプレートに上記と同様な減光部を形成してなる濃度フィルタを、レチクルのパターン形成面とほぼ共役な位置に設けるようにしたもの、あるいは、レチクルのパターン形成面とほぼ共役な位置に光路に対して進退可能な遮光板(ブラインド)を有するブラインド機構を設けて、基板に対する露光処理中に該遮光板を進出又は退去させることにより、かかる傾斜的な露光量分布を実現するようにしたものが開発されている。
ところで、上述した露光装置を用いてレチクルのパターンを基板上に転写する際には、ΔCDのパターン疎密依存性(OPE特性:Optical Proximity Effect)が小さいことが求められる。ここで、ΔCDとは基板上に形成すべきパターンの目標線幅に対するずれ量(線幅誤差)をいう。OPE特性とは、ΔCDがレチクル上のパターンの線幅が同一であっても、そのパターンが孤立パターンであるか、密集パターンであるか、更にはラインであるか、スペースであるかに依存して変化する性質をいう。また、ΔCDの変化の度合いは、単にパターンの疎密のみに依存するだけではなく、レチクルを照明する照明光の波長、投影光学系の開口数(NA)、パターンサイズ、及び照明σ(σ値=照明光学系の射出側開口数/投影光学系の入射側開口数)等に依存することが知られている。
ここで、KrFエキシマレーザ(波長:248nm)光源を備え、開口数が0.75の投影光学系を備える露光装置のOPE特性の一例について説明する。図14は、パターンサイズが360nmであるパターンの疎密度及び照明σを変化させたときのOPE特性を示す図であり、図15は、パターンサイズが200nmであるパターンの疎密度及び照明σを変化させたときのOPE特性を示す図である。ここにいうパターンサイズは基板上におけるパターンのサイズ(線幅)である。図14及び図15において、横軸はラインとスペースとの比率であり、縦軸は、目標線幅からのずれ量(ΔCD)である。
図14を参照すると、パターンサイズが360nmである場合には、ラインとスペースとの比を変化させたときの目標線幅からのずれ量は、照明σを0.55に設定した場合を除き、パターンが孤立ラインになるにつれて悪化する傾向があることが分かる。また、図14の結果から、照明σを0.55に設定したときに、パターンの疎密度を変化させたときの目標線幅からのずれ量の幅(ΔCDの幅)が最小になるため、このパターンサイズ(360nm)に対する最適な照明σは0.55であることが分かる。
次に、図15を参照すると、パターンサイズが200nmである場合には、ラインとスペースとの比を変化させたときの目標線幅からのずれ量は、照明σの設定値に拘わらず、パターンが孤立ラインになるにつれて悪化する傾向があることが分かる。また、図15に示した結果の中で、パターンの疎密度を変化させたときの目標線幅からのずれ量の幅(ΔCDの幅)が最小になるのは、照明σを0.85に設定した場合であるため、パターンサイズ(200nm)に対する最適な照明σは0.85であることが分かる。以上から、OPE特性(ΔCDのパターン疎密依存性)を良好にするためには、パターンサイズ毎に最適な照明σを設定する必要がある。
ところで、例えば上述したOPE特性を良好にするため転写するパターンのパターンサイズ毎に照明σを変更すると、前述したショットの重合部の幅が変化してしまう。この理由は、ショットの重合部において傾斜的な露光量分布を得るため、例えば微少ドットの存在確率を変化させた減光部を有する濃度フィルタを用いた場合に、その微少ドットが解像しないように、濃度フィルタをレチクルのパターン形成面の共役面からずらして配置することがある。このような配置のときには、照明σを変化させると濃度フィルタに対する光束の入射角が変化してしまい、その結果としてショットの重合部の幅が変化する。
図16は、照明σを変化させたときの露光量分布の変化を示す図であり、図17は、照明σを変化させたときの重合部における露光量を示す図である。図16及び図17において、PR0は標準的な値に照明σを設定したときの露光量分布である。また、Wは標準的な値に照明σを設定したときの露光領域の幅(パターンが転写される幅)であり、W0は重合部の幅である。さらに、PR1は照明σを縮小したときの露光量分布であり、PR2は照明σを拡大したときの露光量分布である。
図16及び図17から分かるように、照明σを縮小すると、重合部の幅はW0からW1に縮小変化し、重合部における露光量の勾配が急峻になる。このため、ショットの位置ずれが僅かでも生じていると、位置ずれに対する重合部の露光量が大きく変化し、その結果として位置ずれに対して線幅変化が敏感になる。逆に、照明σを拡大すると、重合部の幅はW0からW2に拡大変化し、重合部における露光量の勾配が緩やかになるため、ショットの位置ずれに対する重合部の露光量の変化は小さくなる。しかしながら、重合部の一部が露光領域外に拡大され、その露光領域外の部分はレチクルに形成されている遮光帯に遮られてしまう。
図17に示すように、標準的な値に照明σを設定した場合には重合部W0における合成露光量PR10は重合部以外の露光量と同一となり、照明σを縮小した場合にも重合部W1における合成露光量PR11は重合部以外の露光量と同一になる。しかしながら、照明σを拡大した場合には重合部W2内の合成露光量PR12が重合部以外の露光量と異なる箇所(図17中符号Qを付した箇所)が生じるため、重合部W2内において線幅変化が生ずる。
このように、従来は、例えばOPE特性を良好にするために、照明σ等の照明条件を変更すると、ショットの位置ずれに対する重合部の合成露光量の変化量が大きくなって線幅変化が敏感になり、また、重合部内における合成露光量が不足する箇所が生じて重合部内において線幅変化が生ずるという問題があった。
発明の開示
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、照明条件を変更しても、重合部における露光量の不足が生じず、且つショットの位置誤差に対して敏感に重合部の露光量の変化が生じず、目標とする線幅の微細なパターンを高い精度(忠実度)で形成することができる露光装置及び露光方法を提供することを目的とする。
以下、この項に示す説明では、本発明を、実施形態を表す図面に示す部材符号に対応付けて説明するが、本発明の各構成要件は、これら部材符号を付した図面に示す部材に限定されるものではない。
本発明の第1の観点によると、感応物体(4)上で周辺部が部分的に重なる複数の領域をそれぞれパターンを介してエネルギービーム(IL)で照射する露光装置において、前記エネルギービームの照射による前記周辺部における積算エネルギー量が徐々に減少する傾斜的な分布となるように設定する設定装置(Fj、BL)と、前記パターンの照明条件の変更に伴い生じる、前記周辺部の幅の変化を補正する補正装置(9、DR1)とを備えた露光装置が提供される。
照明条件を変更すると、積算エネルギー量が傾斜的に設定される当該周辺部の幅が変化し、周辺部とこれに隣接する他の周辺部が重ね合わされる重合部における積算エネルギー量が所望の値にならないことは上述した通りである。これに対して、本発明では、照明条件が変更されても当該周辺部の幅が変化しないように補正装置により補正するようにしたので、照明条件を変更しても、当該重合部の幅を所望の値に設定することができる。従って、当該重合部内で部分的に積算エネルギー量の不足が生じたり、あるいはパターンが転写される領域の位置誤差に対する重合部のエネルギー量の変化が敏感となることが無くなり、当該重合部における積算エネルギー量を均一的に所望の値にすることができるようになる。その結果、目標とする線幅の微細なパターンを高い精度で忠実に形成することができる。
前記設定装置としては、特に限定されないが、前記エネルギービームの前記周辺部に対応する部分における透過エネルギー量を除々に減少させる減衰部を有する濃度フィルタ(Fj)、あるいは前記エネルギービームの前記周辺部に対応する部分で該エネルギービームの照射中に進退する遮光板(127A〜127D)を有するブラインド装置(BL)を含むものを採用することができる。なお、このような設定装置は、前記パターンの近傍又は前記パターンと光学的に共役な面の近傍に配置されることが好ましい。
前記設定装置は、前記濃度フィルタ又は前記ブラインド装置の前記エネルギービームの進路(AX)に沿う方向の位置を調整する位置調整装置(DR1)を含むことができ、この場合において、前記補正装置は、前記照明条件の変更に応じて前記濃度フィルタ又は前記ブラインド装置を該エネルギービームの進路に沿う方向に移動することにより、当該周辺部の幅を補正するようにできる。また、前記エネルギービームの進路(AX)と直交する方向に前記ブラインド装置を移動することによっても、当該周辺部の幅を補正することができる。
前記設定装置として、前記減衰部の幅が互いに異なる複数の濃度フィルタを含むものを採用することができ、この場合において、前記補正装置は、前記照明条件の変更に応じて前記エネルギービームの進路上に配置する前記濃度フィルタを、当該周辺部の幅の変化を補正し得る濃度フィルタに交換することにより、当該周辺部の幅を補正するようにできる。
前記補正装置は、前記設定装置の位置の変更を行わずに、あるいはこれとともに、前記設定装置から前記パターンに至る前記エネルギービームの進路上に配置された光学素子(113、114、116)の光学特性を調整することにより、当該周辺部の幅を補正するようにしてもよい。
周辺部の幅の補正に伴い該周辺部が重ね合わされる重合部と該重合部以外の部分とで、積算エネルギー量に相違が生じる場合、あるいは該積算エネルギー量を積極的に異ならせたい場合には、前記設定装置によって規定される前記エネルギービームの分布と前記パターンとの相対位置を変化させることにより、前記周辺部が重ね合わされる重合部における積算エネルギー量を調整するようにするとよい。
本発明の第2の観点によると、感応物体(4)上で周辺部が部分的に重なる複数の領域にそれぞれパターンを転写するために、前記周辺部での積算エネルギー量が徐々に減少する分布となるように設定する設定装置(FJ,BL)を介して前記各領域をエネルギービームで照射する露光方法であって、前記パターンの構成に応じて照明条件を変更する照明条件変更工程と、前記照明条件に応じて前記周辺部の幅を補正する補正工程とを備えた露光方法が提供される。
この場合において、前記補正工程は、前記設定装置と前記エネルギービームの進路(AX)に沿う方向の位置を調整する位置調整工程を含むことができる。また、前記補正工程は、前記設定装置から前記パターンに至る前記エネルギービームの進路上に配置された光学素子(113、114、116)の光学特性を調整する特性調整工程を含むことができる。
周辺部の幅の補正に伴い該周辺部が重ね合わされる重合部と該重合部以外の部分とで、積算エネルギー量に相違が生じる場合、あるいは該積算エネルギー量を積極的に異ならせたい場合には、前記設定装置によって規定される前記エネルギービームの分布と前記パターンとの相対位置を変化させることにより、前記周辺部が重ね合わされる重合部における積算エネルギー量を調整するエネルギー量調整工程をさらに備えるとよい。
本発明の第3の観点によると、本発明の第2の観点に係る露光方法を用いて物体上に回路パターンを形成する工程を含むデバイス製造方法が提供される。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図であり、この露光装置は、ステップ・アンド・リピート方式のスティチング型投影露光装置である。なお、以下の説明においては、図1中に示されたXYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。XYZ直交座標系は、X軸及びZ軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Y軸が紙面に対して垂直となる方向に設定されている。図中のXYZ座標系は、実際にはXY平面が水平面に平行な面に設定され、Z軸が鉛直上方向に設定される。
図1において、光源100からの光(ここでは、波長248nmのKrFエキシマレーザとする)としての紫外パルス光IL(以下、露光光ILと称する)は、照明光学系1との間で光路を位置的にマッチングさせるための可動ミラー等を含むビームマッチングユニット(BMU)101を通り、パイプ102を介して光アッテネータとしての可変減光器103に入射する。
主制御系9は基板4上のレジストに対する露光量を制御するため、光源100との間で通信することにより、発光の開始及び停止の制御、発振周波数及びパルスエネルギーで定まる出力の制御を行うとともに、可変減光器103における露光光ILに対する減光率を段階的又は連続的に調整する。
可変減光器103を通った露光光ILは、所定の光軸に沿って配置されるレンズ系104、105よりなるビーム整形光学系を経て、オプチカル・インテグレータ(ホモジナイザー)106に入射する。本例では、オプチカル・インテグレータ106としてフライアイレンズを用いるので、以下ではオプチカル・インテグレータをフライアイレンズ106とも呼ぶ。ここで、オプチカル・インテグレータ106としてフライアイレンズを用いる代わりに、ロッドインテグレータ(内面反射型インテグレータ)あるいは回折光学素子などを採用してもよい。なお、フライアイレンズ106は、照度分布均一性をさらに高めるために、直列に2段配置してもよい。
フライアイレンズ106の射出面には開口絞り系107が配置されている。開口絞り系107には、通常照明用の円形の開口絞り、複数の偏心した小開口よりなる変形照明用の開口絞り、輪帯照明用の開口絞り等が切り換え自在に配置されている。従って、本例では開口絞り系107により照明光学系1の瞳面上での露光光ILの光量分布(2次光源の大きさ(照明σに相当)や形状)、即ちマスターレチクルRiの照明条件を任意に変更可能となっている。なお、開口絞り系107の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば照明光学系1の瞳面上で異なる領域に露光光ILを分布させるために、照明光学系1内に交換して配置される複数の回折光学素子、照明光学系1の光軸方向に関する間隔を可変とするために、少なくとも1つが照明光学系1の光軸AXに沿って可動である複数のプリズム(円錐プリズム、多面体プリズムなど)、及びズーム光学系の少なくとも1つを含む光学ユニット(照明条件変更装置)を、光源100(特に可変減光器103、又はレンズ系104,105)オプチカル・インテグレータ106との間に配置し、オプチカル・インテグレータ106がフライアイレンズであるときはその入射面上での露光光ILの強度分布、オプチカル・インテグレータ106が内面反射型インテグレータであるときはその入射面に対する露光光ILの入射角度範囲などを可変とすることで、前述の照明条件の変更に伴う光量損失を抑えることが望ましい。また、本例では内面反射型インテグレータによって形成される複数の光源像(虚像)をも2次光源と呼ぶものとする。さらに、本例における照明条件の変更は照明σ、即ち2次光源の大きさだけでなくその形状の変更も含むものである。
フライアイレンズ106から射出されて開口絞り系107の所定の開口絞りを通過した露光光ILは、透過率が高く反射率が低いビームスプリッタ108に入射する。ビームスプリッタ108で反射された光は光電検出器よりなるインテグレータセンサ109に入射し、インテグレータセンサ109の検出信号は不図示の信号線を介して主制御系9に供給される。
ビームスプリッタ108の透過率及び反射率は予め高精度に計測されて、主制御系9内のメモリに記憶されており、主制御系9は、インテグレータセンサ109の検出信号より間接的に投影光学系3を通る露光光ILの基板4上での強度(又は光量)をモニタできるように構成されている。
ビームスプリッタ108を透過した露光光ILは、レチクルブラインド機構110に入射する。レチクルブラインド機構110は、4枚の可動式のブラインド(遮光板)111(A〜D)及びその駆動機構(例えばリニアモータなど)を備えて構成されている。本実施形態では、レチクルブラインド機構110はその4枚のブラインド111が照明光学系1内でマスターレチクルRiのパターン形成面と実質的に共役な面に配置されており、これら4枚のブラインド111をそれぞれ適宜な位置に設定することにより、投影光学系3の視野(本例では円形)内に矩形状の照明領域が形成される。なお、照明光学系1内で4枚のブラインド111をマスターレチクルRiのパターン形成面との共役面から離して配置する、例えば濃度フィルタFiとほぼ共役に配置してもよい。
レチクルブラインド機構110のブラインド111により矩形状に整形された露光光ILは、フィルタステージFS上に載置された設定装置(減光部材)としての濃度フィルタFjに入射する。本実施形態では、濃度フィルタFjはレチクルブラインド機構110、即ち照明光学系1内でマスターレチクルRiのパターン形成面と実質的に共役な面から所定距離だけ離れて配置されている。濃度フィルタFj(ここでは、F1〜F9の9枚とする)は、基本的に図2Aに示されているような構成である。図2Aは、濃度フィルタFjの構成の一例を示す上面図である。この濃度フィルタFjは、例えば石英ガラス、またはフッ素がドープされた石英ガラスなどのような光透過性の基板上に、クロム等の遮光性材料を蒸着した遮光部121と、該遮光性材料を蒸着しない透光部122と、該遮光性材料をその存在確率を変化させながら蒸着した減光部(減衰部)123とを有している。
減光部123は、ドット状に遮光性材料を蒸着したもので、ドットサイズは、濃度フィルタFjを図1に示した位置に設置している状態で、本例では濃度フィルタFjとマスターレチクルRiとの間に配置される複数の光学素子(112〜116)を有する光学系の解像限界以下となるものである。そのドットは、内側(透光部122側)から外側(遮光部121側)に行くに従って傾斜直線的に減光率が高くなるようにその存在確率を増大させて形成されている。但し、そのドットは、内側から外側に行くに従って曲線的に減光率が高くなるようにその存在確率を増大させて形成されていてもよい。
なお、ドット配置方法は、透過率を同一とする所定領域でドットを同一ピッチPで配置するよりも、Pに対して、ガウス分布をもつ乱数Rを各ドット毎に発生させたものを加えたP+Rで配置するのがよい。その理由は、ドット配置によって回折光が発生し、場合によっては照明系の開口数(NA)を超えて感光基板まで光が届かない現象が起き、設計透過率からの誤差が大きくなるためである。
また、ドットサイズは全て同一サイズが望ましい。その理由は、複数種のドットサイズを使用していると、前述の回折による設計透過率からの誤差が発生した場合に、その誤差が複雑、即ち透過率補正が複雑になるからである。ところで、濃度フィルタの描画は、ドット形状誤差を小さくするため高加速EB描画機で描画するのが望ましく、またドット形状は、プロセスによる形状誤差が測定しやすい長方形(正方形)が望ましい。形状誤差がある場合は、その誤差量が計測可能であれば透過率補正がしやすい利点がある。
遮光部121には、複数のアライメント用のマーク124A,124B,124C,124Dが形成されている。これらのマーク124A,124B,124C,124Dは、図2Aに示されているように、濃度フィルタFjの遮光部121の一部を除去して、矩形状あるいはその他の形状の開口(光透過部)124A,124B,124C,124Dを形成して、該マークとすることができる。また、図2Bに示したマークを用いることもできる。図2Bは濃度フィルタFjに形成されるマークの一例を示す上面図である。図2Bでは、複数のスリット状の開口からなるスリットマーク125を採用している。このスリットマーク125は、X方向及びY方向の位置を計測するために、Y方向に形成されたスリットをX方向に配列したマーク要素と、X方向に形成されたスリットをY方向に配列したマーク要素とを組み合わせたものである。濃度フィルタFjの位置及び投影倍率は、マーク124A,124B,124C,124Dの位置情報を計測した結果に基づいて調整される。
なお、濃度フィルタに設けるマークの数は4つに限られるものではなく、濃度フィルタの設定精度などに応じて少なくとも1つを設けておけばよい。さらに、本例では照明光学系の光軸と中心がほぼ一致するように濃度フィルタが配置され、その中心(光軸)に関して対称に4つのマークを設けるものとしたが、濃度フィルタに複数のマークを設けるときはその中心に関して点対称とならないようにその複数のマークを配置する、あるいはその複数のマークは点対称に配置し、別に認識パターンを形成することが望ましい。これは、照明光学系内に濃度フィルタを配置してエネルギー分布を計測した後にその濃度フィルタを取り出してその修正を加えて再設定するとき、結果として照明光学系の光学特性(ディストーションなど)を考慮して濃度フィルタの修正が行われているため、その濃度フィルタが回転して再設定されると、その修正が意味をなさなくなるためであり、元の状態で濃度フィルタを再設定可能とするためである。
フィルタステージFSは、保持している濃度フィルタFjをXY平面内で回転方向及び並進方向に微動又は移動する。不図示のレーザ干渉計によって、フィルタステージFSのX座標、Y座標、及び回転角が計測され、この計測値、及び主制御系9からの制御情報によってフィルタステージFSの動作が制御される。また、本実施形態では、フィルタステージFSがZ方向に移動可能に構成されている。
前述したように、濃度フィルタFjの減光部123は、ドット状に遮光性材料を蒸着したものであり、このドットがレチクル上で解像しないように、濃度フィルタFjは、マスターレチクルのパターン形成面と共役な面から一定量デフォーカスした位置に配置されている。このため、開口絞り系107によって照明光学系1の射出側開口数(照明σ)などを変更して濃度フィルタFjに入射する光束の入射角(入射角度範囲)を変化させると、マスターレチクルRi上における減光部123の基板4上における像の幅の変化、ひいては基板4上における重合部の幅が変化する。このため、本実施形態では、マスターレチクルのパターン形成面と共役な面に対する濃度フィルタFjのデフォーカス量を制御することにより、上記の重合部の幅の変化を補正している。なお、デフォーカス量の制御方法の詳細については後述する。また、前述の照明σ、即ち2次光源の大きさだけでなくその形状を変更しても、同様に濃度フィルタFjに入射する光束の入射角度範囲が変化することになる。
濃度フィルタFjのZ方向の位置及びZ方向チルト量については、例えば試料台5に少なくとも一部が設けられ、濃度フィルタFjのマークを撮像素子で検出する装置などを用い、濃度フィルタFjを光軸方向に移動して複数Z位置でマーク124A,124B,124C,124D又はマーク125を計測し、信号強度又は信号コントラストが最大となるZ位置をベストフォーカスとし、このベストフォーカス位置を基準として上記のデフォーカス量を制御する。
本実施形態においては、フィルタステージFSの側方に棚状のフィルタライブラリ16aが配置され、このフィルタライブラリ16aはZ方向に順次配列されたL(Lは自然数)個の支持板17aを有し、支持板17aに濃度フィルタF1,…,FLが載置されている。フィルタライブラリ16aは、スライド装置18aによってZ方向に移動自在に支持されており、フィルタステージFSとフィルタライブラリ16aとの間に、回転自在でZ方向に所定範囲で移動できるアームを備えたローダ19aが配置されている。主制御系9がスライド装置18aを介してフィルタライブラリ16aのZ方向の位置を調整した後、ローダ19aの動作を制御して、フィルタライブラリ16a中の所望の支持板17aとフィルタステージFSとの間で、所望の濃度フィルタF1〜FLを受け渡しできるように構成されている。また、詳細は後述するが、マスターレチクルRiは複数のマスターレチクルR1〜RNの何れかであり、それぞれ親パターン36を分割した親パターンP1〜PNが形成されたレチクルである。
本実施形態では、濃度フィルタFjは、図3A〜図3Iに示されているように、F1〜F9の9枚が設けられている。図3A〜図3Iは、本発明の実施形態に係る露光装置が備える濃度フィルタの構成を示す図である。これらは、相互に減光部123の形状又は位置が異なっており、露光処理を行うべきショット領域の4辺について、隣接するショット領域間でパターンの像が重ね合わされる部分である重合部(以下、画面継ぎ部ともいう)が有るか否かに応じて選択的に使用される。
即ち、ショット領域配列がp(行)×q(列)の行列である場合、ショット領域(1,1)については図3Aの濃度フィルタが、ショット領域(1,2〜q−1)については図3Bの濃度フィルタが、ショット領域(1,q)については図3Cの濃度フィルタが、ショット領域(2〜p−1,1)については図3Dの濃度フィルタが、ショット領域(2〜p−1,2〜q−1)については図3Eの濃度フィルタが、ショット領域(2〜p−1,q)については図3Fの濃度フィルタが、ショット領域(p,1)については図3Gの濃度フィルタが、ショット領域(p,2〜q−1)については図3Hの濃度フィルタが、ショット領域(p,q)については図3Iの濃度フィルタが使用される。
なお、濃度フィルタFjとしては、上述のような9種類に限定されることはなく、ショット形状若しくはショット配列に応じて、その他の形状の減光部123を有するものを採用することができる。
濃度フィルタFjを90度又は180度回転させて使用できるようにすれば、例えば、図3A、図3B及び図3Eの3種類の濃度フィルタFjを準備すれば、その余の濃度フィルタは不要となり効率的である。さらには、濃度フィルタFjは図3Eに示すもの(即ち、詳細構成が図2Aに示されるもの)1種類とし、レチクルブラインド機構110の4枚のブラインド111の位置を選択的に設定して、また、マスターレチクルRiの遮光帯を利用して、減光部123の4辺のうちの一又は複数を対応するブラインド111で遮蔽するようすれば、単一の濃度フィルタで、図3A〜図3Iに示したような濃度フィルタ、その他の濃度フィルタの機能を実現することができ、高効率的である。
また、濃度フィルタFjとしては、上述のようなガラス基板上にクロム等の遮光性材料で減光部や遮光部を形成したもののみならず、液晶素子等を用いて遮光部や減光部の位置、減光部の減光特性を必要に応じて変更できるようにしたものを用いることもでき、この場合には、濃度フィルタを複数準備する必要がなくなるとともに、製造するワーキングレチクル(マイクロデバイス)の仕様上の各種の要請に柔軟に対応することができ、高効率的である。
濃度フィルタFjを通過した露光光ILは、反射ミラー112及びコンデンサレンズ系113、結像用レンズ系114、反射ミラー115、及び主コンデンサレンズ系116を介して、マスターレチクルRiの回路パターン領域上でブラインド111の矩形状の開口部と相似な照明領域(マスターレチクルRiに露光光ILが照射される領域)を一様な強度分布で照射する。即ち、ブラインド111の開口部の配置面は、コンデンサレンズ系113、結像用レンズ系114、及び主コンデンサレンズ系116との合成系によってマスターレチクルRiのパターン形成面とほぼ共役となっている。
なお、本実施形態では、コンデンサレンズ系113、結像用レンズ系114、及び主コンデンサレンズ系116の少なくとも1つは、照明光学系1、特に濃度フィルタFjとマスターレチクルRiとの間に配置されるその一部(本例では光学系112〜116)の光学特性(フォーカス位置、収差等)を可変とするために可動に構成されており、主制御系9の制御の下で光学特性の制御(調整)が行われる。照明光学系1の少なくとも一部、即ち光学系112〜116(後述する光学部材に対応)の光学特性を可変(調整可能)とするのは、照明光学系1(即ち、前述の開口絞り系107又は光学ユニット)によるマスターレチクルRiの照明条件の変更によって生じるマスターレチクルRi上における濃度フィルタFjの減光部123の基板4上における像の幅の変化、ひいては基板4上における重合部の幅の変化を補正するためである。
このように、本実施形態では、上記の減光部123の像の幅の変化を補正するために、フィルタステージFSがZ方向に可変に構成され、コンデンサレンズ系113等の光学特性が可変に構成されている。濃度フィルタFjの減光部123の像の幅の変化を補正するには、濃度フィルタFjのZ方向の位置制御のみで行っても良く、コンデンサレンズ系113等の光学特性の調整のみで行ってもよい。また、濃度フィルタFjのZ方向の位置制御とコンデンサレンズ系113等の光学特性の調整とを組み合わせて行ってもよい。
照明光学系1から射出された露光光ILにより、レチクルステージ2に保持されたマスターレチクルRiが照明される。レチクルステージ2には、i番目(i=1〜N)のマスターレチクルRiが保持されている。レチクルステージ2の側方に棚状のレチクルライブラリ16bが配置され、このレチクルライブラリ16bはZ方向に順次配列されたN(Nは自然数)個の支持板17bを有し、支持板17bにマスターレチクルR1,…,RNが載置されている。
レチクルライブラリ16bは、スライド装置18bによってZ方向に移動自在に支持されており、レチクルステージ2とレチクルライブラリ16bとの間に、回転自在でZ方向に所定範囲で移動できるアームを備えたローダ19bが配置されている。主制御系9がスライド装置18bを介してレチクルライブラリ16bのZ方向の位置を調整した後、ローダ19bの動作を制御して、レチクルライブラリ16b中の所望の支持板17bとレチクルステージ2との間で、所望のマスターレチクルF1〜FLを受け渡しできるように構成されている。
マスターレチクルRiの照明領域内のパターンの像は、投影光学系3を介して縮小倍率1/α(αは例えば5、又は4等)で、ワーキングレチクル用の基板(ブランクス)4の表面に投影される。
レチクルステージ2は、保持しているマスターレチクルRiをXY平面内で回転方向及び並進方向に移動する。レチクルステージ2には不図示のレーザ干渉計が設けられており、このレーザ干渉計によって、レチクルステージ2のX座標、Y座標、及び回転角が計測され、この計測値、及び主制御系9からの制御情報によってレチクルステージ2の動作が制御される。また、レチクルステージ2は、投影光学系3の光軸AX方向に移動可能に構成されるとともに、光軸AXに対する角度を変更可能に構成されている。これにより、マスターレチクルRiのZ方向の位置及び姿勢をそれぞれ調整することができる。これらは、主制御系9からの制御情報によって制御される。
一方、感応物体としての基板4は、基板の変形による位置ずれが起きないように、本例では3本のピンで構成されるホルダ上に無吸着またはソフト吸着され、この基板ホルダは試料台5上に固定され、試料台5は基板ステージ6上に固定されている。なお、基板ホルダとしてピンチャックホルダなどを用いて基板4を保持してもよい。試料台5は、オートフォーカス方式で基板4のフォーカス位置(光軸AX方向の位置)、及び傾斜角を制御することによって、基板4の表面を投影光学系3の像面に合わせ込む。この試料台5上には位置決め用の基準マーク部材12及び基板4上での露光光ILの照度分布を検出する照度分布検出センサ(いわゆる照度ムラセンサ)126が固定されている。また、基板ステージ6は、ベース7上で例えばリニアモータによりX方向、Y方向に試料台5(基板4)を移動し位置決めする。
また、試料台5の上部には移動鏡8mが固定されており、この移動鏡8mにはレーザ干渉計8が対向して配置されている。なお、図1においては、図示を簡略化しているが、移動鏡8mは、試料台5上においてX方向に延びた移動鏡とY方向に延びた移動鏡とが設けられており、各々の移動鏡に対向してレーザ干渉計が設けられている。レーザ干渉計8によって試料台5のX座標、Y座標、及び回転角が計測され、この計測値がステージ制御系10、及び主制御系9に供給されている。ステージ制御系10は、その計測値、及び主制御系9からの制御情報に基づいて、基板ステージ6のリニアモータ等の動作を制御する。さらに、図1においては図示を省略しているが、レチクルステージ2に設けられたレーザ干渉計からの計測結果が主制御系9に供給されており、この計測結果に応じて主制御系9はレチクルステージ2のX座量、Y座標、及び回転角、Z座標、及び光軸AXに対する角度を制御する。なお、前記移動鏡の代わりに、例えば試料台5の端面(側面)を鏡面加工して形成される反射面を用いてもよい。
次に、照度分布検出センサ126の詳細について説明する。図4A及び図4Bは照度分布検出センサ126の構成を示す図である。この照度分布検出センサ126は、露光光ILが投影光学系3を介して照明されている状態で基板ステージ6を基板4に水平な面内で移動させることにより露光光ILの空間分布、即ち露光光の強度分布(照度分布)を計測するためのものである。図4Aに示すように、照度分布検出センサ126は、矩形(本実施形態においては正方形)状の開口(又はピンホール)54を有する遮光板55の下側に光電センサ56を設けて構成され、光電センサ56による検出信号は、主制御系9に出力される。なお、開口54の下側に光電センサ56を設けずに、ライトガイドなどにより光を導いて他の部分で光電センサなどにより受光量を検出するようにしてもよい。
遮光板55は、通常石英等の基板にクロム(Cr)等の金属を蒸着することにより形成されるが、クロム等の金属を蒸着すると、遮光板55上に露光された露光光の反射率が高く露光光の反射量が多い。その結果、遮光板55による反射光が投影光学系やレチクルで反射されることによりフレアが発生する。この照度分布検出センサ126は、基板4が露光されるときの露光光の照度分布を計測するために設けられるものであり、実際の露光時における露光光の照度分布を計測することが最も好ましい。しかし、露光光の照度分布の計測を行う際に、実際の露光時の状況と異なる状況、つまり露光光の反射量が多くなる状況があると、実際の露光時における露光光の照度分布を正確に計測することができない。
そこで、本実施形態においては、露光時における実際の露光光の照度分布になるべく近い計測を行うために、遮光板55上面の反射率を、基板4の反射率とほぼ同程度として反射光による影響を低減している。遮光板55の上面には露光光の波長域において基板4の反射率と同程度の反射率を有する膜が形成されている。この膜を実現するためには、例えば、図4Bに示すように、石英の透明基板57上にクロム58を蒸着し、さらにクロム58上に酸化クロムの薄膜59を形成し、その上に基板4に塗布されるフォトレジストと同じフォトレジスト60を同じ膜厚で塗布してもよい。このような遮光板55上面の反射率は、その表面に形成される膜の材質のみならず、膜厚や構成(積層数、各層厚、各層の材質等)適宜に選択することにより調整することができる。基板4に反射防止膜等が形成されている場合には、そのような条件の全てをも考慮して、該遮光板55上面の反射率を設定する。
かかる照度分布検出センサ126を用いて、遮光板55に形成された開口54を通過してきた露光光を、基板ステージ6を基板4表面に水平な面内で移動させつつ計測することにより、実際の露光時における露光光の照度分布とほぼ同じ照度分布を計測することができる。
また、主制御系9には、磁気ディスク装置等の記憶装置11が接続され、記憶装置11に、露光データファイルが格納されている。露光データファイルには、マスターレチクルR1〜RNの設計情報、マスターレチクルR1〜RNの相互の位置関係、マスターレチクルR1〜RNに対応する濃度フィルタF1〜FLの対応関係、アライメント情報等が記録されている。
本実施形態による露光装置は、複数のマスターレチクルを用いて、基板上で周辺部が部分的に重なる複数のショット領域をそれぞれ露光する、即ちショット間の重ね継ぎ露光を行うものである。この露光装置は、半導体集積回路を製造する際に用いられるのみならず、レチクルを製造する際にも用いられる。なお、1つのショット領域で複数のパターンを用いて重ね継ぎ露光を行っても良い。ここで、マスターレチクルRiとこの露光装置を用いて製造されるレチクル、即ちワーキングレチクルの製造方法の概略について説明する。
図5は、マスターレチクルRiを用いてレチクル(ワーキングレチクル)を製造する際の製造工程を説明するための図である。図5中に示したワーキングレチクル34が最終的に製造されるレチクルである。このワーキングレチクル34は、石英ガラス等からなる光透過性の基板(ブランクス)の一面に、クロム(Cr)、ケイ化モリブデン(MoSi2等)、又はその他のマスク材料によって転写用の原版パターン27を形成したものである。また、その原版パターン27を挟むように2つのアライメントマーク24A,24Bが形成されている。
ワーキングレチクル34は、光学式の投影露光装置の投影光学系を介して、1/β倍(βは1より大きい整数、又は半整数等であり、一例として4,5,又は6等)の縮小投影で使用されるものである。即ち、図5において、ワーキングレチクル34の原版パターン27の1/β倍の縮小像27Wを、フォトレジストが塗布されたウエハW上の各ショット領域48に露光した後、現像やエッチング等を行うことによって、その各ショット領域48に所定の回路パターン35が形成される。
図5において、まず最終的に製造される半導体デバイスのあるレイヤの回路パターン35が設計される。回路パターン35は直交する辺の幅がdX,dYの矩形の領域内に種々のライン・アンド・スペースパターン(又は孤立パターン)等を形成したものである。この実施形態では、その回路パターン35をβ倍して、直交する辺の幅がβ・dX,β・dYの矩形の領域からなる原版パターン27をコンピュータの画像データ上で作成する。β倍は、ワーキングレチクル34が使用される投影露光装置の縮小倍率(1/β)の逆数である。なお、反転投影されるときは反転して拡大される。
次に、原版パターン27をα倍(αは1より大きい整数、又は半整数等であり、一例として4,5,又は6等)して、直交する辺の幅がα・β・dX,α・β・dYの矩形の領域よりなる親パターン36を画像データ上で作成し、その親パターン36を縦横にそれぞれα個に分割して、α×α個の親パターンP1,P2,P3,…,PN(N=α2)を画像データ上で作成する。図5では、α=5の場合が示されている。なお、倍率αはワーキングレチクル34の製造に用いられる投影露光装置の投影倍率(本例では図1中の投影光学系3の倍率)の逆数である。また、この親パターン36の分割数αは、必ずしも原版パターン27から親パターン36への倍率αに合致させる必要はないし、縦横で分割数を同数としなくてもよい。その後、それらの親パターンPi(i=1〜N)について、それぞれ電子ビーム描画装置(又はレーザビーム描画装置等も使用できる)用の描画データを生成し、その親パターンPiをそれぞれ等倍で、親マスクとしてのマスターレチクルRi上に転写する。
例えば、1枚目のマスターレチクルR1を製造する際には、石英ガラス等の光透過性の基板上にクロム、又はケイ化モリブデン等のマスク材料の薄膜を形成し、この上に電子線レジストを塗布した後、電子ビーム描画装置を用いてその電子線レジスト上に1番目の親パターンP1の等倍の潜像を描画する。その後、電子線レジストの現像を行ってから、エッチング、及びレジスト剥離等を施すことによって、マスターレチクルR1上のパターン領域20に親パターンP1が形成される。
また、マスターレチクルR1上には、親パターンP1に対して所定の位置関係で2次元マークよりなるアライメントマーク21A,21Bを形成しておく。同様に他のマスターレチクルRiにも、電子ビーム描画装置等を用いてそれぞれ親パターンPi、及びアライメントマーク21A,21Bが形成される。このアライメントマーク21A,21Bは、基板又は濃度フィルタに対する位置合わせに使用される。
このように、電子ビーム描画装置(又はレーザビーム描画装置)で描画する各親パターンPiは、原版パターン27をα倍に拡大したパターンであるため、各描画データの量は、原版パターン27を直接描画する場合に比べて1/α2程度に減少している。さらに、親パターンPiの最小線幅は、原版パターン27の最小線幅に比べてα倍(例えば5倍、又は4倍等)であるため、各親パターンPiは、それぞれ従来の電子線レジストを用いて電子ビーム描画装置によって短時間に、かつ高精度に描画できる。また、一度N枚のマスターレチクルR1〜RNを製造すれば、後はそれらを繰り返し使用することによって、必要な枚数のワーキングレチクル34を製造できるため、マスターレチクルR1〜RNを製造するための時間は、大きな負担ではない。
このようにして製造されたN枚のマスターレチクルRiを用い、マスターレチクルRiの親パターンPiの1/α倍の縮小像を画面継ぎを行いながら転写することによりワーキングレチクル34が製造される。
以上説明したワーキングレチクル34を製造する際には、例えば前述したOPE特性を良好にするために、マスターレチクルRiに形成されているパターンの疎密等に応じて照明σ等の照明条件が設定される。照明σ等の照明条件を変更した場合には、前述した通りマスターレチクルRi上における濃度フィルタFjの減光部123の像の幅の変化、ひいては基板4上における重合部の幅の変化が生ずる。以下、この幅の変化の補正方法について詳細に説明する。
図6は、図1中のブラインド111から基板4までの光路中に配置される光学部材を示す図であり、図7は、照明σ等の照明条件を変更したときの濃度フィルタFjの減光部123の像の幅の変化を示す図である。
図6に示すように、マスターレチクルRiと共役な面PL1(以下、レチクル共役面PL1という)の近傍にはブラインド111及び、濃度フィルタFjが配置される。このレチクル共役面PL1とマスターレチクルRiとの間の光学部材(コンデンサレンズ系113、結像用レンズ系114、及び主コンデンサレンズ系116)の投影倍率をMとし、マスターレチクルRiと基板4との間に配置される投影光学系3の投影倍率をN(=1/α)とする。なお、以下の説明ではその光学部材(光学系)が拡大系であるものとして、M=2、N=1/4とし、投影光学系3の開口数を0.75とする。
また、図7に示すように、減光部123の幅をaとし、レチクル共役面PL1からの濃度フィルタFjのデフォーカス量をdとする。ここで、露光光ILの入射角をθとすると、レチクル共役面PL1での露光光ILの開口数NA1、マスターレチクルRiの位置での露光光ILの開口数NA2、及び基板4の位置での露光光ILの開口数NA3はそれぞれ以下の(1)式〜(3)式で表される。
NA1=sinθ ……(1)
NA2=sinθ/M ……(2)
NA3=sinθ/(M・N) ……(3)
さらに、レチクル共役面PL1に対して濃度フィルタFjがデフォーカスしているため、レチクル共役面PL1における減光部123の像の幅WG1、マスターレチクルRiの位置での減光部123の像の幅WG2、及び基板4の位置での減光部123の像の幅WG3はそれぞれ以下の(4)式〜(6)式となる。
WG1=a+2・d・tanθ+b ……(4)
WG2=(a+2・d・tanθ+b)・M ……(5)
WG3=(a+2・d・tanθ+b)・M・N ……(6)
なお、上記(4)式〜(6)式中において、bは照明光学系1の収差等によって生ずるぼけ量である。
ここで、図14に示したように、基板4上におけるパターンサイズが360nmであるパターンを転写する場合には、照明σを0.55に設定したとき、つまり基板4上における露光光ILの開口数NA3が0.75×0.55=0.413であるときに、OPE特性が最も良好であった。このとき、基板4に照射される露光光ILの入射角は上記(3)式から以下の通り求められる。
sinθ=NA3・M・N
=0.75×0.55×2×(1/4)
=0.206
θ = 11.9度
また、基板4の位置での減光部123の像の幅WGを、例えば1000μm(1mm)にするためには、上記(6)式から、減光部123の幅a、レチクル共役面PL1からの濃度フィルタFjのデフォーカス量d、及び照明光学系1の収差等によって生ずるぼけ量bを、例えば以下の通り設定すればよい。
a=1368μm
d=1500μm
b=0μm
ここで、基板4上におけるパターンサイズが360nmであるパターンに替えて、パターンサイズが200nmであるパターンを転写する場合には、図15を用いて説明したように、照明σを0.85に設定したとき、つまり基板4上における露光光ILの開口数NA3が0.75×0.85=0.638であるときに、OPE特性が最も良好であった。このとき、基板4に照射される露光光ILの入射角は上記(3)式から以下の通り求められる。
sinθ=NA3・M・N
=0.75×0.85×2×(1/4)
=0.319
θ = 18.6度
従来は、照明条件(本例では照明σ、即ちコヒーレンスファクター)の変更時にレチクル共役面PL1に対する濃度フィルタFjのデフォーカス量dを変化させていないため、照明σを0.55から0.85に変化させると、上記(6)式から基板4の位置での減光部123の像の幅WG3は、1189μmに拡大してしまう。
ここで、上記(6)式を参照すると、基板4の位置での減光部123の像の幅WG3は、減光部123の幅a、レチクル共役面PL1からの濃度フィルタFjのデフォーカス量d、露光光ILの入射角θ、照明光学系1の収差等によって生ずるぼけ量b、レチクル共役面PL1とマスターレチクルRiとの間の光学部材の拡大倍率M、及び投影光学系3の縮小倍率Nによって定まる。従って、これら6つのパラメータの少なくとも1つを可変とすることで、基板4の位置での減光部123の像の幅WG3を調整可能となる。本実施形態では、これらのパラメータの内、駆動機構DR1(図6参照)により可変が容易なレチクル共役面PL1からの濃度フィルタFjのデフォーカス量dを制御することにより、基板4の位置での減光部123の像の幅WG3を調整している。
具体的には、(6)式を変形すると、以下の(7)式となる。
d=(WG3/(M・N)−a−b)/(2・tanθ) ……(7)
この(7)式において、WG3=1000μmにするとともに、θ=18.6度とすると、d=940μmとなる。よって、基板4上におけるパターンサイズが360nmであるパターンを転写するために0.55に設定されていた照明σを、パターンサイズが200nmであるパターンを転写するために、0.85に変化させたときには、併せてレチクル共役面PL1に対する濃度フィルタFjのデフォーカス量を1500μmから940μmに変更すればよい。このように、本実施形態においては、マスターレチクルRiに形成されているパターンサイズ及びその疎密に応じて、OPE特性が最良となるように照明光学系1によるマスターレチクルRiの照明条件(例えば、照明σ)を変更するとともに、濃度フィルタFjのZ方向の位置を調整することにより、基板4上における濃度フィルタFjの減光部123の像の幅WG3を調整しつつマスターレチクルRiのパターンを基板4上に転写している。なお、主制御系9は、記憶装置11内の露光データファイルに格納されているマスターレチクルR1〜RNの設計情報に基づき、前述の開口絞り系107又は光学ユニットによって基板4上に転写すべきパターン毎に最適な照明条件を設定するとともに、濃度フィルタFjのZ方向の位置を調整することが好ましい。また、マスターレチクルR1〜RN毎に設定する照明光学系1の照明条件及びレチクル共役面PL1に対する濃度フィルタFjのデフォーカス量dを予め求めておき、その実測値(又は計算値)をマスターレチクルR1〜RNに対応させて記憶装置11に記憶させておくようにしてもよい。
さて、このようにマスターレチクルR1〜RNの縮小像を基板4上に投影露光する際には、隣接する縮小像間の画面継ぎ(つなぎ合わせ)を高精度に行う必要がある。このアライメントのために、本実施形態の投影露光装置にはレチクル及び基板用のアライメント機構が備えられている。
図8は、レチクルのアライメント機構を示し、この図8において、試料台5上で基板4の近傍に光透過性の基準マーク部材12が固定され、基準マーク部材12上にX方向に所定間隔で例えば十字型の1対の基準マーク13A,13Bが形成されている。また、基準マーク13A,13Bの底部には、露光光ILから分岐された照明光で投影光学系3側に基準マーク13A,13Bを照明する照明系が設置されている。マスターレチクルRiのアライメント時には、図1の基板ステージ6を駆動することによって、図8に示すように、基準マーク部材12上の基準マーク13A,13Bの中心がほぼ投影光学系3の光軸AXに合致するように、基準マーク13A,13Bが位置決めされる。
また、マスターレチクルRiのパターン面(下面)のパターン領域20をX方向に挟むように、一例として十字型の2つのアライメントマーク21A,21Bが形成されている。基準マーク13A,13Bの間隔は、アライメントマーク21A,21Bの投影光学系3による縮小像の間隔とほぼ等しく設定されており、上記のように基準マーク13A,13Bの中心をほぼ光軸AXに合致させた状態で、基準マーク部材12の底面側から露光光ILと同じ波長の照明光で照明することによって、基準マーク13A,13Bの投影光学系3による拡大像がそれぞれマスターレチクルRiのアライメントマーク21A,21Bの近傍に形成される。
これらのアライメントマーク21A,21Bの上方に投影光学系3側からの照明光を±X方向に反射するためのミラー22A,22Bが配置され、ミラー22A,22Bで反射された照明光を受光するようにTTR(スルー・ザ・レチクル)方式で、画像処理方式のアライメントセンサ14A,14Bが備えられている。アライメントセンサ14A,14Bはそれぞれ結像系と、CCDカメラ等の2次元の撮像素子とを備え、その撮像素子がアライメントマーク21A,21B、及び対応する基準マーク13A,13Bの像を撮像し、その撮像信号が図1のアライメント信号処理系15に供給されている。
アライメント信号処理系15は、その撮像信号を画像処理して、基準マーク13A,13Bの像に対するアライメントマーク21A,21BのX方向、Y方向への位置ずれ量を求め、これら2組の位置ずれ量を主制御系9に供給する。主制御系9は、その2組の位置ずれ量が互いに対称に、かつそれぞれ所定範囲内に収まるようにレチクルステージ2の位置決めを行う。これによって、基準マーク13A,13Bに対して、アライメントマーク21A,21B、ひいてはマスターレチクルRiが位置決めされる。
言い換えると、マスターレチクルRiの投影光学系3による縮小像の中心(露光中心)は、実質的に基準マーク13A,13Bの中心(ほぼ光軸AX)に位置決めされる。この状態で図1の主制御系9は、レーザ干渉計8によって計測される試料台5のX方向、Y方向の座標(XF0,YF0)を記憶することで、マスターレチクルRiのアライメントが終了する。この後は、親パターンPiの露光中心に、試料台5上の任意の点を移動することができる。
また、図1に示されているように、投影光学系3の側部には、基板4上のマークの位置検出を行うために、オフ・アクシス方式で、画像処理方式のアライメントセンサ23が備えられている。アライメントセンサ23は、フォトレジストに対して非感光性で広帯域の照明光で被検マークを照明し、被検マークの像をCCDカメラ等の2次元の撮像素子で撮像し、撮像信号をアライメント信号処理系15に供給する。なお、アライメントセンサ23の検出中心とマスターレチクルRiのパターンの投影像の中心(露光中心)との間隔(ベースライン量)は、基準マーク部材12上の所定の基準マークを用いて予め求められて、主制御系9内に記憶されている。
図8に示すように、基板4上のX方向の端部に例えば十字型の2つのアライメントマーク24A,24Bが形成されている。そして、マスターレチクルRiのアライメントが終了した後、基板ステージ6を駆動することによって、図1のアライメントセンサ23の検出領域に順次、図8の基準マーク13A,13B、及び基板4上のアライメントマーク24A,24Bを移動して、それぞれ基準マーク13A,13B、及びアライメントマーク24A,24Bのアライメントセンサ23の検出中心に対する位置ずれ量を計測する。これらの計測結果は主制御系9に供給され、これらの計測結果を用いて主制御系9は、基準マーク13A,13Bの中心がアライメントセンサ23の検出中心に合致するときの試料台5の座標(XP0,YP0)、及びアライメントマーク24A,24Bの中心がアライメントセンサ23の検出中心に合致するときの試料台5の座標(XP1,YP1)を求める。これによって、基板4のアライメントが終了する。
この結果、基準マーク13A,13Bの中心とアライメントマーク24A,24Bの中心とのX方向、Y方向の間隔は(XP0−XP1,YP0−YP1)となる。そこで、マスターレチクルRiのアライメント時の試料台5の座標(XF0,YF0)に対して、その間隔(XP0−XP1,YP0−YP1)分だけ図1の基板ステージ6を駆動することによって、マスターレチクルRiのアライメントマーク21A,21Bの投影像の中心(露光中心)に、基板4のアライメントマーク24A,24Bの中心(基板4の中心)を高精度に合致させることができる。この状態から、図1の基板ステージ6を駆動して試料台5をX方向、Y方向に移動することによって、基板4上の中心に対して所望の位置にマスターレチクルRiの親パターンPiの縮小像PIiを露光できる。
なお、1枚の基板4の露光に際しては、マスターレチクルRiの交換にかかわらず、基板4は3本のピンで構成された試料台5上に無吸着またはソフト吸着され、基板4のステッピング時には基板4の位置がずれないように基板ステージ6を超低加速度、超低速度で移動させる。従って、1枚の基板4の露光中に、基準マーク13A,13Bと基板4との位置関係が変化することはないので、マスターレチクルRiの交換時には、マスターレチクルRiを基準マーク13A,13Bに対して位置合わせすればよく、1枚のマスターレチクル毎に、基板4上のアライメントマーク24A,24Bの位置を検出する必要はない。
以上マスターレチクルRiと基板4との位置合わせについて説明したが、マスターレチクルRiと濃度フィルタの相対的な位置合わせもマーク124A,124B,124C,124Dやスリットマーク125の位置情報を計測した結果に基づいて行われる。このとき、基板ステージ6の特性上、ヨーイング誤差等の誤差によって基板4に微小な回転を生じることがあり、このためマスターレチクルRiと基板4の相対姿勢に微小なズレを生じる。このような誤差は、予め計測され、あるいは実処理中に計測され、これが相殺されるように、レチクルステージ2又は基板ステージ6が制御されて、マスターレチクルRiと基板4の姿勢が整合するように補正されるようになっている。
このようにして、図1のN個のマスターレチクルR1〜RNの親パターンP1〜PNの縮小像を重ね継ぎを行いながら順次基板4上の対応するショット領域に露光することで、各親パターンP1〜PNの縮小像は、それぞれ隣接する親パターンの縮小像と画面継ぎを行いながら露光されたことになる。これによって、基板4上で周辺部が部分的に重なる複数のショット領域からなる被露光領域に、図1の親パターン36を1/α倍で縮小した投影像26が露光転写される。その後、基板4上のフォトレジストを現像して、エッチング、及び残っているレジストパターンの剥離等を施すことによって、基板4上の投影像26は、図5に示すような原版パターン27となって、ワーキングレチクル34が完成する。
以上説明した実施形態では、マスターレチクルRiに形成されているパターンのパターンサイズ及びその疎密度に応じて、照明光学系1の照明条件を変更し、さらに照明条件の変更に伴い濃度フィルタFjのZ方向の位置(レチクル共役面に対する濃度フィルタFjのデフォーカス量)を調整して基板4上における濃度フィルタFjの減光部123の像の幅、即ち重合部の幅を調整しながらステップ・アンド・リピートによりマスターレチクルRiのパターンを基板4に順次転写してワーキングレチクル34を製造していた。
ここで、濃度フィルタFjのデフォーカスを調整すると、重合部における合成露光量と重合部以外における露光量との間にずれを生じることがある。この場合、ブラインド111、濃度フィルタFj、マスターレチクルRi、及び基板4の相対的な位置を制御することにより、該重合部の合成露光量を調整することができる。以下、その調整方法の一例について説明する。
図9A〜図9C、図10A〜図10C、図11A〜図11C、及び図12A〜14Cは、露光量分布の調整方法を説明するための図である。なお、これらの図においては、理解を容易にするため、ブラインド、濃度フィルタ、及びマスターレチクルのみを図示している。まず、図9A〜図9Cについて説明する。
図9Aは第1のショット領域を露光するときの濃度フィルタとマスターレチクルとの相対的な位置を示す図であり、図9Bは第1のショット領域に隣接した第2のショット領域を露光するときの濃度フィルタとマスターレチクルとの相対的な位置を示す図であり、図9Cは図9A、図9Bに示す状態で露光が行われた場合に露光された領域における露光量分布を示す図である。
図9A〜図9Cにおいて、図1に示した部材と同一の部材には同一の符号が付してある。つまり、図9A、図9Bにおいて、F1,F2は濃度フィルタ、111A,111Bはブラインド、R1,R2はマスターレチクルである。なお、図9A、図9Bにおいては、投影光学系3の光軸AXを中心として濃度フィルタF1,F2、ブラインド111A,111B、及びマスターレチクルR1,R2を図示しており、理解を容易にするために光軸AXを折り曲げず直線的に示している。また、図1では、光軸AXに沿って、ブラインド111A,111B、濃度フィルタFj、及びレチクルRiの順に配列されているが、図9A、図9Bにおいては、理解を容易にするため、濃度フィルタF1,F2とブラインド111A,111Bの配列順番を入れ替えて図示している。また、マスターレチクルR1,R2に関しては、マスターレチクルR1,R2に形成されたパターンの位置を特定するため、図9A〜図9Cに示した位置に応じた番号を付している。なお、パターン位置を特定する場合には、以下パターン「1」、パターン「2」等のように記す。
まず、図9Aを参照して第1のショット領域に対して露光を行う場合について説明する。図9Aにおいて、濃度フィルタF1に入射する露光光ILは、光軸AXに垂直な面内において均一な露光量分布を有するが、濃度フィルタF1に入射すると、減光部123において減光されるため、濃度フィルタF1を通過した後は符号PF1を付した露光量分布となる。なお、図9A〜図9Cにおいて露光量分布を示す場合には、光軸AX軸に平行な方向に露光量を示す軸をとっている。
濃度フィルタF1を通過した露光光はブラインド111A,111Bに入射することにより所定の形状に整形される。図9Aに示した例ではマスターレチクルR1に形成されたパターン「1」からパターン「11」までを照明する形状に整形される。ブラインド111A,111Bを通過した露光光がマスターレチクルR1に入射すると、符号Im1を付して示したように各々パターンの形状を反映した像が射出される。なお、この像Im1の露光量分布は、符号PF11を付したものとなる。つまり、透光部122を通過した露光光は一定の露光量分布であるが、減光部123を通過した露光光はパターン「7」からパターン「11」にかけて直線的に減衰する露光量分布となる。
また、図9Bには、第2のショット領域に対して露光を行う場合について図示している。図9Bに示したように、濃度フィルタF2を通過した後は符号PF2を付した露光量分布となる。なお、図9A及び図9Bにおいては理解を容易にするため、露光量分布PF1と露光量分布FP2とは同一の分布として図示している。
第2のショット領域に対して露光を行う場合のブラインド111A,111Bの位置は第1のショット領域を露光する場合のブラインド111A,111Bの位置とは異なる位置に配置される。つまり、ブラインド111A,111Bは、マスターレチクルR2のパターン「7」からパターン「17」までを照明する形状に露光光を整形する。
ブラインド111A,111Bを通過した露光光がマスターレチクルR2に入射すると、符号Im2を付して示したように各々パターンの形状を反映した像が射出される。なお、この像Im2の露光量分布は、符号PF12を付したものとなる。つまり、透光部122を通過した露光光は一定の露光量分布であるが、減光部123を通過した露光光はパターン「11」からパターン「7」にかけて直線的に減衰する露光量分布となる。
図9Aに示した像Im1と図9Bに示した像Im2は、図9Cに示した位置関係で画面継ぎが行われる。つまり、パターン「7」からパターン「11」の像が重ね合わされて、重合部に露光転写される。このようにして露光されると、理論的には図9C中で符号PF13を付したように、該重合部の露光量が該重合部以外の部分の露光量と等しくなる。なお、図9Cにおいて、第1のショット領域の露光位置と第2のショット領域の露光位置との距離をステップピッチSP1と称する。つまり、ステップピッチSP1は、第1のショット領域を露光した後、第2のショット領域を露光位置までに移動させる距離である。図9A〜図9C、図10A〜図10C、図11A〜図11C、及び図12A〜図12Cに示した例では、ステップピッチSP1を21mmつまり21000μmに設定している。
なお、この実施形態において、「重合部」とは基板4上でショット領域の周辺部が重ね合わされる部分、基板4上で濃度フィルタFjの減光部123の像が重ね合わされる部分、又は基板4上でマスターレチクルのパターンの像が重ね合わされる部分をいい、以上の説明では、これらは一致していたので、特に区別していない。しかし、以下の説明では、これらは一致しないことがあるので、単に「重合部」という場合には主として基板4上でショット領域の周辺部が重ね合わされる部分をいうものとし、これと区別するために、基板4上で濃度フィルタFjの減光部123の像が重ね合わされる部分を「減光像重合部」といい、基板4上でマスターレチクルのパターンの像が重ね合わされる部分を「パターン像重合部」という場合がある。
次に、図10A〜図10C、図11A〜図11C、及び図12A〜図12Cを参照して露光量分布の調整方法について説明する。以下に説明する方法は、濃度フィルタによって規定されるエネルギービームの分布と、転写すべきパターンとの相対位置を変化させることにより、ショットの周辺部が重ね合わされる重合部での露光量を調整する方法である。より具体的には、濃度フィルタとマスターレチクルとの相対的な位置を変化させて、減光像重複部の幅を変化させることにより、重合部における露光量を調整するものである。以下の説明では、重合部及び減光像重合部の幅が1mm、即ち1000μmである場合を例にあげて説明する。
かかる場合、減光像重合部の幅が10μm変化すると露光量が1%の割合で変化する点に留意すべきである。即ち、100%/1000μm=1%/10μmである。なお、図10A〜図10C、図11A〜図11C、及び図12A〜図12Cを用いた説明において、マスターレチクルR1,R2を移動させているが、この場合にはマスターレチクルR1,R2の移動に合わせて基板4も移動する点に注意すべきである。この場合に基板4の移動量は、マスターレチクルR1,R2の移動量の1/α倍(αは投影光学系3の縮小倍率)である。
図10A〜図10Cは、減光像重合部の幅を減少させて、重合部の露光量を減少させる場合の濃度フィルタ、ブラインド、及びマスターレチクルの相対的な位置関係の例を示す図である。なお、以下の説明では便宜のため、濃度フィルタF1,F2の位置を変えずにブラインド111A,111B及びマスターレチクルR1,R2の位置を変化させて濃度フィルタF1,F2とマスターレチクルR1,R2の相対位置を変化させる場合について説明するが、マスターレチクルR1,R2を移動させずに濃度フィルタF1,F2の位置を変えて相対位置を変えることもできる。
いま、重合部における露光量を1%だけ少なくしたい場合には、減光像重合部の幅を10μmだけ狭くすればよい。このため、基板4上において第2のショット領域の露光を行う際に、第1のショット領域の露光位置から21000μm+10μm=21010μmだけ基板4をステップさせる。
また、図9Aと図10Aとの対比からもわかるように、ブラインド111A及びマスターレチクルR1を図10A中D1方向へ、マスターレチクルR1に形成された1パターン分移動する。よって、マスタレチクルR1のパターン「1」が図9Aに示したマスターレチクルR1のパターン「2」の位置へ移動したことになる。いま、重合部の幅を10μmだけ狭くする場合を考えているので、マスターレチクルR1の移動量は、基板4上に換算して5μmであればよい。つまり投影光学系3の縮小倍率が1/αであるから、5×αμmだけマスターレチクルR1を重合部がある方向、即ち図10A中のD1方向へ移動させればよい。図10Aにおいては、ブラインド111Aのみが移動したことにより、マスターレチクルR1に対する照明領域も図9Aの場合と比べ狭くなっている。図10Aに示すように、かかる場合にはパターン「1」〜パターン「10」の像Im3が形成される。
第1のショット領域を露光した後、前述したように基板4を21010μmだけ移動させ、第2のショット領域を露光位置へ位置合わせする。また、ブラインド111BとマスターレチクルR2を、図9Bに示した位置に対して重合部がある方向、即ち図10B中のD2方向へ5・αμmだけ移動させる。図10Bに示すように、かかる場合にはパターン「8」〜パターン「17」のみの像Im4が形成される。
図10Aに示した像Im3と図10Bに示した像Im4は、図10Cに示した位置関係で画面継ぎが行われる。つまり、パターン「8」からパターン「10」の像が重合部に露光される。即ち、基板4のステップピッチSP1をSP1+SP2=21000μm+10μm=21010μmとし、マスターレチクルR1,R2を図9A〜図9Cに示した場合に比べ、D1方向及びD2方向へそれぞれ移動させて露光を行うことにより、重合部における露光量を減少させている。図10Cに示すように、重合部における露光量の分布は、分布PF23となる。
図11A〜図11Cは、減光像重合部の幅を増加させることより重合部の露光量を増加させる場合の濃度フィルタ、ブラインド、及びマスターレチクルの相対的な位置関係の例を示す図である。なお、図10A〜図10Cの場合と同様に、マスターレチクルR1,R2を移動させずに濃度フィルタF1,F2の位置を変えて相対位置を変えることもできる。
いま、重合部における露光量を1%だけ多くしたい場合には、重合部の幅を10μmだけ広くすればよい。このため、基板4上において第2のショット領域の露光を行う際に、第1のショット領域の露光位置から21000μm−10μm=20990μmだけ基板4をステップさせる。
また、図11Aに示したように、ブラインド111A及びブラインド111B並びにマスターレチクルR1を図中D3方向へ、マスターレチクルR1に形成された1パターン分、即ち5・αμmだけ移動する。図11Aでは、ブラインド111A及びブラインド111Bが移動しているため、マスターレチクルR1に対する照明領域は図9Aの場合と同一である。図11Aに示すように、かかる場合にはパターン「1」〜パターン「11」の像Im5が形成される。
第1のショット領域を露光した後、前述したように基板4を20990μmだけ移動させ、第2のショット領域を露光位置へ位置合わせする。また、ブラインド111A,111BとマスターレチクルR2を図9Bに示した位置から重合部がない方向、即ち図11B中のD4方向へ5・αμmだけ移動させる。図11Bに示すように、かかる場合にはパターン「7」〜パターン「17」の像Im6が形成される。
これらの像Im5及び像Im6は、図9A〜図9Cに示した像Im1及び像Im2とそれぞれ同様の像であるが、露光量分布及び基板4上において結像される位置が異なる。例えば、図11A中の像Im5と図9A中の像Im1とを比較すると、像Im1はパターン「1」の像からパターン「6」の像までが一定の露光量分布となっているが、像Im5はパターン「1」の像からパターン「7」の像までが一定の露光量分布であって、一定の露光量分布となっている箇所が像Im1の場合と比べ1パターン分長い。
また、像Im1はパターン「7」の像からパターン「11」の像までが線形的に減衰する露光量分布であり、パターン「11」の像の端部で露光量がなだらかに0となっているのに対し、像Im5はパターン「8」の像からパターン「11」の像までが線形的に減衰しており、この分布を有する区間が像Im1と比べ1パターン分短い。しかも、パターン「11」の像の端部で露光量がある値から急峻に0となっている点も異なる。
図11Aに示した像Im5と図11Bに示した像Im6は、図11Cに示した位置関係で画面継ぎが行われる。つまり、パターン「7」からパターン「11」の像が重合部に露光される。即ち、基板4のステップピッチSP1をSP1−SP3=21000μm−10μm=20990μmとし、マスターレチクルR1,R2を図9A〜図9Cに示した場合に比べ、D3方向及びD4方向へそれぞれ移動させて露光を行うことにより、重合部における露光量を増加させている。
図11Cにおいて、像Im5の分布PF31と像Im6の分布PF32の重合部における露光量が増加しているため、重合部の露光量の分布は、分布PF33となる。
なお、図11A及び図11Bに示すように、ブラインド111A,111Bによって濃度フィルタF1,F2の減光部123の一部を遮光しているが、これはマスクの対応する部分にパターンが存在しないためである。その結果、図11Cでは、減光像重複部の幅は変化していないように見えるが、ブラインド111A,111B等の遮光物がないとした場合には、減光像重複部の幅は変化(拡大)している。
図11A〜図11Cに示した方法で重合部における露光量を増加させる場合、図11Aに示したようにパターン「11」の端部における露光量の分布PF31が急峻に変化するとともに、図11Bに示したようにパターン「7」の端部における露光量の分布PF33が急峻に変化している。かかる急峻な変化がある場合、当該箇所に形成されるパターンの線幅も急峻に変化する可能性が考えられる。次に、この問題を解決する方法について説明する。
図12A〜図12Cは、減光像重合部の幅を増加させることにより重合部の露光量を増加させる場合の濃度フィルタ、ブラインド、及びマスターレチクルの相対的な位置関係の変形例を示す図である。なお、図10A〜図10C及び図11A〜図11Cの場合と同様に、マスターレチクルR1,R2を移動させずに濃度フィルタF1,F2の位置を変えて相対位置を変えることもできる。
図11Aにおいては、ブラインド111Aとブラインド111Bとを共に移動させていたが、図12Aではブラインド111Aのみを図中D3方向に移動させている点が異なる。ブラインド111Bを移動させないため、図11Aでは得られなかったパターン「12」の像を含んだ像Im7が得られる。この場合において、パターン「12」の端部においてなだらかに0となる露光量分布PF41が得られる。また、図11Bにおいてもブラインド111Aとブラインド111Bとを共に移動させていたが、図12Bではブラインド111Bのみを図中D4方向に移動させている点が異なる。ブラインド111Aを移動させないため、図11Bでは得られなかったパターン「6」の像を含んだ像Im8が得られ、パターン「6」の端部においてなだらかに0となる露光量分布PF42が得られる。
図12Aに示した像Im7と図12Bに示した像Im8は、図12Cに示した位置関係で画面継ぎが行われる。つまり、パターン「6」からパターン「12」の像が重合部に露光される。即ち、基板4のステップピッチSP1は図11A〜図11Cの場合と同様にSP1−SP3であり、マスターレチクルR1,R2の移動量も図11A〜図11Cの場合と同様であるが、マスターレチクルR1,R2に描画されているパターンが、重合部がある方向に延長ないし拡張されており、図12Aにおいてブラインド11Bを移動させず、図12Bにおいてブラインド111Aを移動させないことによって、重合部の幅を広げている。この場合には、重合部における露光量の分布は、分布PF43となり、図12Cの露光量分布PF33に比べなだらかに変化しており、線幅の急峻な変化を抑えることができる。
以上説明した通り、ブラインド111、濃度フィルタFj、マスターレチクルRi、及び基板4の相対的な位置を制御することにより、照明条件の変化に伴う重合部の合成露光量の変化を補正することができる。これにより、マスターレチクルに形成されているパターンのパターンサイズ及び疎密度に応じてOPE特性が最適になるように照明光学系1の照明条件を設定できるとともに、照明条件の変更(即ち、濃度フィルタFjに入射する露光光ILの入射角又は角度範囲の変化)による重合部の幅の変化も生じず、且つ重合部における合成露光量も高精度に調整することができようになり、その結果として均一な線幅のパターンを高い精度をもって形成することができる。なお、重合部の合成露光量を必ずしも重合部以外の露光量と等しく設定しなくてもよく、上記方法により重合部の合成露光量を、重合部以外の露光量と異ならせる、即ち重合部以外の露光量よりも小さい、あるいは大きい露光量に設定しても良い。
以上説明した実施形態では、レチクル共役面PL1に対する濃度フィルタFjのデフォーカス量を調整することにより、重合部の幅、つまり基板4上における濃度フィルタFjの減光部123の像の幅を調整していたが、減光部123の幅が種々に設定された濃度フィルタを予め複数用意しておき、設定した照明条件に応じて濃度フィルタFjを切り替えるようにしてもよい。
例えば、前述した例では、基板4上におけるパターンサイズが360nmであるパターンを転写する場合には、照明σを0.55に設定し、減光部123の幅aが1368μmである濃度フィルタを用い、レチクル共役面PL1に対する濃度フィルタのデフォーカス量dを1500μmとすることにより、重合部の幅を1000μm(1mm)にしていた。
レチクル共役面PL1に対するデフォーカス量dを変化させず、濃度フィルタを交換することで重合部の幅を調整するには、前述した(6)式を変形した以下の(8)式で示される幅aを有する減光部123が形成されている濃度フィルタを用いればよい。
a=WG3/(M・N)−2・d・tanθ−b ……(7)
具体的に、上記(7)式に重合部の幅としてWG=1000μm、M=2、M=1/4、d=1500μm、θ=18.6、b=0を代入すると、a=990μmとなる。つまり、パターンサイズが200nmであるパターンを転写する場合には、OPE特性が最良となるように照明σを0.85に設定し、レチクル共役面PL1に対するデフォーカス量1500μmを変更せずに、990μmの幅で減光部123が形成された濃度フィルタに交換すればよい。
なお、予め複数用意する濃度フィルタは、重合部における幅の変化のみに着目して設計されているのではなく、照明条件の変化に伴う合成露光量の変化を補正しうるように、ドットピッチが調整されていることが望ましい。また、濃度フィルタの交換を行う代わりに、例えば液晶素子などで濃度フィルタを構成することで、照明条件の変更に応じて減光部123の幅aを変更可能としてもよい。
以上説明した実施形態においては、設定装置(減光手段)として濃度フィルタFjを用いた場合を例に挙げて説明したが、濃度フィルタ以外の設定装置を用いることができる。例えば、図13に示すようなブラインド機構BLにより濃度フィルタと同様の機能を達成することもできる。図13は、傾斜分布を形成する他の構成例を示す図である。
このブラインド機構BLは、図1に示したレチクルブラインド機構110と基本的に同様の構成を有しており、4枚の可動式のブラインド127A〜127D及びその駆動機構(不図示)を備えて構成されている。これら4枚のブラインド127A〜127Dをそれぞれ適宜な位置に設定することにより、各ブラインド127A〜127Dの先端縁128A〜128Dによって、投影光学系3の視野内に矩形状の照明領域が形成される。
この照明領域は、基本的に基板4上のショット領域(ショット領域に転写すべきレチクルパターン)に対応する大きさに設定される。露光中において、これらの4枚のブラインド127A〜127Dのうちの一又は複数を、露光光ILが通る照明光学系1の光路に対して進出又は退去するように所定の速度で連続的に移動することにより、ブラインド127A〜127Dの先端縁128A〜128Dの移動した領域の透過光量を傾斜的に設定することができる。
各ショット領域の画面継ぎ部に対応する部分でブラインド127A〜127Dを全体的にあるいは選択的に移動することにより、該画面継ぎ部における露光量を外側に行くに従って傾斜的に減少させることができ、これにより濃度フィルタと同様の機能が実現される。この減光用ブラインド機構BLは、各ブラインド127A〜127Dの駆動機構が必要である点で濃度フィルタに対して構成がやや複雑化するが、濃度フィルタのようにショット領域に応じて複数のものを準備し、取り換える必要がなく、単一の機構で柔軟に対応できる点で優れている。
図13に示したブラインド機構BLを用いた場合においても、例えば各ブラインド127A〜127Dをレチクル共役面からデフォーカスした状態に配置することにより、濃度フィルタと同様の問題が生ずる。このため、照明条件の変更に応じてブラインド機構BL全体をZ方向に移動可能に構成しておく。または、各ブラインド127A〜127Dは、その移動に応じて透過光量を設定するものであるため、露光光ILが照射されている状態で先端縁128A〜128Dの移動した領域が濃度フィルタFjの減光部123に相当する。従って、照明条件の変更に応じて先端縁128A〜128Dの移動する領域を可変にする、即ち照明光学系1の光軸AXに沿った方向(図1ではZ方向)と直交する方向(図1ではX方向又はY方向)における、ブラインド127A〜127Dの少なくとも1つ(例えば、基板4上での露光光ILの積算光量分布をその周辺部(重合部)で徐々に減少させるために露光光ILの照射中に移動されるブラインド)の移動量を変更することで、重合部の幅の変化を補正することが可能となる。なお、ブラインド機構BLを用いる場合には重合部の幅の変化を補正するために、照明光学系1の光軸AXに沿う方向(Z方向)、及び光軸AXと直交する方向(X方向又はY方向)の少なくとも一方でのブラインド機構BLの位置(移動量)を調整すればよい。また、ブラインド機構BLを濃度フィルタFjと併用してもよく、この場合には重合部の幅の変化を補正するために、ブラインド機構BLと濃度フィルタFjとの少なくとも一方の位置を調整すればよい。さらに、ブラインド機構BLは前述のレチクルブラインド機構110とは別に設けてもよいが、前述のレチクルブラインド機構110を兼用することでブラインド機構BLを特別に設けなくてもよい。
上述した実施形態では、複数のマスターレチクルRiを用いて、ブランクス4上に順次パターンを画面継ぎを行いながら転写するようにしたレチクル露光装置について説明しているが、このようにして製造されたあるいは別の方法により製造された複数のワーキングレチクルを用いて、基板(ブランクス)4の代わりにデバイス基板(ウエハ、ガラスプレートなど)上に順次パターンを画面継ぎを行いがら転写するようにしたデバイス露光装置(例えば、半導体素子あるいは液晶表示素子などの製造用の露光装置)についても同様に適用することができる。
前述の実施形態では微小開口54を有する照度分布検出センサ126を用いて露光光ILの強度分布を検出するものとしたが、例えばラインセンサ、あるいは一次元または二次元のCCDなどを用いて露光光ILを検出して強度分布の計測時間の短縮を図るようにしてもよい。また、前述の実施形態では濃度フィルタFjを照明光学系内に設けるものとしたが、例えばレチクルに近接して配置してもよいし、あるいは投影光学系3がレチクルパターンの中間像(一次像)を形成するときはその中間像の形成面またはその近傍に配置しても構わない。なお、オプチカル・インテグレータ106としてロッドインテグレータ(内面反射型インテグレータ)を用いる場合、例えばレチクルのパターン形成面とほぼ共役に配置されるロッドインテグレータの射出面に近接して濃度フィルタを配置してもよい。さらに、濃度フィルタFjと同様にレチクルブラインド機構110も照明光学系以外に設けてもよい。また、レチクルブラインド機構110は4枚のブラインド111を有するものとしたが、例えば2枚のL字状の遮光板を用いてもよく、その構成は任意で構わない。
また、上述した実施の形態では、ショット領域の形状は矩形状としているが、必ずしも矩形状である必要はなく、例えば、5角形、6角形、その他の多角形とすることができる。また、各ショット領域及びショット領域が同一形状である必要もなく、異なる形状や大きさとすることができる。さらに、画面継ぎが行われる部分の形状も、長方形である必要はなく、ジグザグ帯状、蛇行帯状、その他の形状とすることができる。また、本願明細書中における「画面継ぎ」とは、パターン同士をつなぎ合わせることのみならず、パターンとパターンとを所望の位置関係で配置する(即ち、パターン同士のつなぎ部が存在しない)ことをも含む意味である。さらに、複数のショット領域の重合部(多重露光される周辺部)にパターンの転写が行われなくてもよい。
ワーキングレチクル34に形成するデバイスパターンを拡大したデバイスパターンを要素パターン毎に分ける、例えば密集パターンと孤立パターンとに分けてマスターレチクルに形成し、基板4上での親パターン同士のつなぎ部をなくす、あるいは減らすようにしてもよい。この場合、ワーキングレチクルのデバイスパターンによっては、1枚のマスターレチクルの親パターンを基板4上の複数の領域にそれぞれ転写することもあるので、ワーキングレチクルの製造に使用するマスターレチクルの枚数を減らすことができる。又は、その拡大したパターンを機能ブロック単位で分ける、例えばCPU、DRAM、SRAM、A/Dコンバータ、D/Aコンバータをそれぞれ1単位として、少なくとも1つの機能ブロックを、複数のマスターレチクルにそれぞれ形成するようにしてもよい。このことは、半導体素子などを製造するデバイス製造用の露光装置でも全く同様であり、デバイス基板上に形成すべき回路パターンの拡大パターンを機能ブロック単位で分けて複数のワーキングレチクルに形成してもよい。
また、基板上で周辺部が部分的に重なる複数のショット領域にそれぞれ転写するパターンはその全てが異なっている必要はなく、例えば少なくとも2つのショット領域に転写するパターンが同一でもよい。さらに、上述した実施形態では複数枚のレチクルを用いてスティッチング方式で基板上の複数のショット領域をそれぞれ露光するものとしたが、複数のパターンが形成された1枚のレチクルのみを用いて同様にスティッチング方式の露光を行っても良い。また、基板上の各ショット領域の露光は、前述の実施形態で採用した静止露光方式だけでなく、レチクルと基板とを同期移動する走査露光方式で行ってもよい。この走査露光方式では、レチクル及び基板の移動に同期して濃度フィルタも移動されることになる。なお、上述した実施形態によれば、例えばスティッチング方式の露光(重ね継ぎ露光)時に照明条件が変更されても、基板上で周辺部が部分的に重なる複数のショット領域の全面で、均一な線幅の微細なパターンを形成できるとともに、線幅が異なるパターンが混在していても、パターン毎に正確な線幅で形成可能、即ち高い忠実度でその混在パターンを基板上に形成可能となっている。
上述した実施形態では露光用照明光としてKrFエキシマレーザ光(波長248nm)を用いているが、g線(波長436nm)、i線(波長365nm)、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)、F2レーザ光(波長157nm)、又はAr2レーザ光(波長126nm)などを用いることができる。F2レーザを光源とする露光装置では、例えば投影光学系として反射屈折光学系が採用されるとともに、照明光学系や投影光学系に使われる屈折光学部材(レンズエレメント)は全て蛍石とされ、かつレーザ光源、照明光学系、及び投影光学系内の空気は、例えばヘリウムガスで置換されるとともに、照明光学系と投影光学系との間、及び投影光学系と基板との間などもヘリウムガスで満たされる。
F2レーザを用いる露光装置では、レチクルや濃度フィルタは、蛍石、フッ素がドープされた合成石英、フッ化マグネシウム、LiF、LaF3、リチウム・カルシウム・アルミニウム・フロライド(ライカフ結晶)又は水晶等から製造されたものが使用される。
エキシマレーザの代わりに、例えば波長248nm、193nm、157nmのいずれかに発振スペクトルを持つYAGレーザなどの固体レーザの高調波を用いるようにしてもよい。
また、DFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム(又はエルビウムとイットリビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いてもよい。
例えば、単一波長レーザの発振波長を1.51〜1.59μmの範囲内とすると、発生波長が189〜199nmの範囲内である8倍高調波、又は発生波長が151〜159nmの範囲内である10倍高調波が出力される。特に発振波長を1.544〜1.553μmの範囲内とすると、193〜194nmの範囲内の8倍高調波、即ちArFエキシマレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を1.57〜1.58μmの範囲内とすると、157〜158nmの範囲内の10倍高調波、即ちF2レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。
発振波長を1.03〜1.12μmの範囲内とすると、発生波長が147〜160nmの範囲内である7倍高調波が出力され、特に発振波長を1.099〜1.106μmの範囲内とすると、発生波長が157〜158nmの範囲内の7倍高調波、即ちF2レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。なお、単一波長発振レーザとしてはイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用いる。また、レーザプラズマ光源、又はSORから発生する軟X線領域、例えば波長13.4nm、又は11.5nmのEUV(Extreme Ultra Violet)光を用いるようにしてもよい。
また、本発明は、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置のみならず、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置にも適用することが可能である。投影光学系は縮小系だけでなく等倍系、又は拡大系(例えば、液晶ディスプレイ又はプラズマディスプレイ製造用露光装置など)を用いてもよい。さらに投影光学系は、反射光学系、屈折光学系、及び反射屈折光学系のいずれを用いてもよい。なお、プロキシミティ方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナー、及び例えば国際公開WO99/49504などに開示される、投影光学系PLとウエハとの間に液体が満たされる液浸型露光装置などにも本発明を適用してもよい。
さらに、フォトマスクや半導体素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられる、デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、撮像素子(CCDなど)、マイクロマシン、及びDNAチップなどの製造に用いられる露光装置等にも本発明を適用することができる。
フォトマスク(ワーキングレチクル)の製造以外に用いられる露光装置では、デバイスパターンが転写される被露光基板(デバイス基板)が真空吸着又は静電吸着などによって基板ステージ6上に保持される。ところで、EUV光を用いる露光装置では反射型マスクが用いられ、プロキシミティ方式のX線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク(ステンシルマスク、メンブレンマスク)が用いられるので、マスクの原版としてはシリコンウエハなどが用いられる。
複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージや基板ステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、さらに総合調整(電気調整、動作確認等)をすることにより本実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルーム内で行うことが望ましい。
半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいて、上述した実施形態の露光装置によりワーキングレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを製造するステップ、上述した実施形態の露光装置等によりレチクルのパターンをウエハに露光転写するステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、検査ステップ等を経て製造される。
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができることは言うまでもない。
本発明によると、照明条件が変更されても、積算エネルギー量が傾斜的に設定される周辺部の幅が変化しないように補正するようにしたので、転写するパターンに最適な照明条件を制約なく用いることができる。また、当該周辺部とこれに隣接する周辺部とが重ね合わされる重合部の積算エネルギー量をむら無く均一にできるとともに、該重合部と該重合部以外の部分の積算エネルギー量を実質的に一致させることができるようになる。その結果、目標とする線幅の微細なパターンを高い精度で形成することができるようになる。
本開示は、2002年1月29日に提出された日本国特許出願第2002−20336号に含まれた主題に関連し、その開示の全てはここに参照事項として明白に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
図1は本発明の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図、
図2Aは濃度フィルタの構成の一例を示す上面図、
図2Bは濃度フィルタに形成されるマークの一例を示す図、
図3A〜図3Iは濃度フィルタの減光部の構成のバリエーションを示す図、
図4A,図4Bは照度分布検出センサの構成を示す図、
図5はマスターレチクルを用いてレチクル(ワーキングレチクル)を製造する際の製造工程を説明するための図、
図6は図1中のブラインドから基板までの光路中の光学部材の配置を示す図、
図7は照明σ等の照明条件を変更したときの濃度フィルタの減光部の像の幅の変化を示す図、
図8はレチクルのアライメント機構を示す図、
図9A〜図9Cは露光量分布の調整方法を説明するための図、
図10A〜図10Cは露光量分布の調整方法を説明するための図、
図11A〜図11Cは露光量分布の調整方法を説明するための図、
図12A〜図12Cは露光量分布の調整方法を説明するための図、
図13は傾斜分布を形成する他の構成例を示す図、
図14はパターンサイズが360nmであるパターンの疎密度及び照明σを変化させたときのOPE特性を示す図、
図15はパターンサイズが200nmであるパターンの疎密度及び照明σを変化させたときのOPE特性を示す図、
図16は照明σを変化させたときの露光量分布の変化を示す図、
図17は照明σを変化させたときの重合部における露光量を示す図である。
Claims (14)
- 感応物体上で周辺部が部分的に重なる複数の領域をそれぞれパターンを介してエネルギービームで照射する露光装置において、
前記エネルギービームの照射による前記周辺部における積算エネルギー量が徐々に減少する分布となるように設定する設定装置と、
前記パターンの照明条件の変更に伴い生じる、前記周辺部の幅の変化を補正する補正装置とを備えたことを特徴とする露光装置。 - 前記設定装置は、前記エネルギービームの前記周辺部に対応する部分における透過エネルギー量を除々に減少させる減衰部を有する濃度フィルタを含むことを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
- 前記設定装置は、前記濃度フィルタの前記エネルギービームの進路に沿う方向の位置を調整する位置調整装置を含み、
前記補正装置は、前記照明条件の変更に応じて前記濃度フィルタの位置を変更することにより前記補正を行うことを特徴とする請求項2に記載の露光装置。 - 前記設定装置は、前記減衰部の幅が互いに異なる複数の濃度フィルタを含み、
前記補正装置は、前記照明条件の変更に応じて前記エネルギービームの進路上に配置する前記濃度フィルタを交換することにより前記補正を行うことを特徴とする請求項2に記載の露光装置。 - 前記設定装置は、前記エネルギービームの前記周辺部に対応する部分で該エネルギービームの照射中に移動する遮光板を有するブラインド装置、及び前記ブラインド装置の前記エネルギービームの進路に沿う方向と前記進路と直交する方向との少なくとも一方での位置を調整する位置調整装置を含み、
前記補正装置は、前記照明条件の変更に応じて前記ブラインド装置の位置を変更することにより前記補正を行うことを特徴とする請求項2に記載の露光装置。 - 前記補正装置は、前記設定装置から前記パターンに至る前記エネルギービームの進路上に配置された光学系の光学特性を調整することにより前記補正を行うことを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の露光装置。
- 前記設定装置によって規定される前記エネルギービームの分布と前記パターンとの相対位置を変化させることにより、前記周辺部が重ね合わされる重合部における積算エネルギー量を調整することを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の露光装置。
- 感応物体上で周辺部が部分的に重なる複数の領域にそれぞれパターンを転写するために、前記周辺部での積算エネルギー量が徐々に減少する分布となるように設定する設定装置を介して前記各領域をエネルギービームで照射する露光方法であって、
前記パターンの構成に応じて照明条件を変更する照明条件変更工程と、
前記照明条件に応じて前記周辺部の幅を補正する補正工程とを備えたことを特徴とする露光方法。 - 前記補正工程は、前記設定装置の前記エネルギービームの進路に沿う方向の位置を調整する位置調整工程を含むことを特徴とする請求項8に記載の露光方法。
- 前記設定装置は、前記周辺部に対応する部分で前記エネルギービームのエネルギー量を徐々に減少させる濃度フィルタを含み、前記補正工程では前記濃度フィルタの位置を調整することを特徴とする請求項9に記載の露光方法。
- 前記設定装置は、前記エネルギービームの照射中に前記エネルギービームの照射領域を規定するブラインド装置を移動し、前記補正工程では、前記エネルギービームの進路に沿う方向と前記進路と直交する方法との少なくとも一方での前記ブラインド装置の位置を調整することを特徴とする請求項8に記載の露光方法。
- 前記補正工程は、前記設定装置から前記パターンに至る前記エネルギービームの進路上に配置された光学系の光学特性を調整する特性調整工程を含むことを特徴とする請求項8に記載の露光方法。
- 前記設定装置によって規定される前記エネルギービームの分布と前記パターンとの相対位置を変化させることにより、前記周辺部が重ね合わされる重合部における積算エネルギー量を調整するエネルギー量調整工程をさらに備えたことを特徴とする請求項8〜12の何れか一項に記載の露光方法。
- 請求項13に記載の露光方法を用いて物体上に回路パターンを形成する工程を含むデバイス製造方法。
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